Giáo trình công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa Lê Văn Việt Mẫn tập 1

LÊ V Ă N V IỆ T M Ẫ N

GIẢO THỈNH

GÔNG NGHỆ SÂN XIIẤT CÁC SẢN PHAM
TỪ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CH Í
TẬ P 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUAT
CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

THƯVIỆNĐHNHATRANG

300002

^

NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. Hồ CHÍ MINH


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Lê Văn Việt Mân

GIẤO TRÌNH

CÔNG NGHỆ SẴN XUẤT CÁC SÂN PHẨM
Từ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CH Í

TẬP 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TP HỒ CHÍ MINH - 2010


MỤC LỤC
LỜI N Ó I ĐẦU

7

P hẫn 1: NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 9
1.1 Giới thiệu về sữa bò
11
1.1.1 Một số tính chất vật lý
11
1.1.2 Thành phần hóa học
12
1.1.3 Các tính chất hóa lý
36
1.2 Hệ vi sinh vật trong sữạ bò
40
1.2.1 Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa
40
1.2.2 Hệ vi sinh vật trong sữa
42
1.3 Vắt sữa, vận chuyển và bảo quản sữa trướckhi chế biến

50
1.3.1 Quả trình vắt sữa
50
1.3.2 Quá trình vận chuyển sữa từ nơi thu hoạch về nhà máy
chế biến
51
1.3.3 Quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến
54
1.4 Câu hỏi ôn tập phần 1
64
P hần 2: CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ
CHẾ BIẾN SỮA
2.1 Các quá trình vật lý
2.1.1 Quá trình ly tâm
2.1.2 Quá trình đồng hóa
2.1.3 Quá trình phân riêng bằng membrane
2.1.4 Quá trình thanh trùng và tiệt trùng
2.2 Cácquá trình hóa lý
2.2.1 Quá trình bài khí
2.2.2 Quá trình cô đặc bằng nhiệt
2.2.3 Quá trình sấy phun
2.2.4 Quá trình đông tụ casein
2.3 Cácquá trình sinh học
2.3.1 Quá trình nhân giống vi sinh vật
2.3.2 Quá trình lên men
2.4 Câu hỏi ôn tập phần 2

65
67
67

73
87
107
128
128
131
142
157
167
167
186
202


P h ầ n 3: CÔNG NGHỆ SẢ N XUẤT CÁC S Ả N PHẨM TỪ SỮA
J
3.1 Công nghệ sản xuất sữa thanh trùng
3.1.1 Giới thiệu chung
3.1.2 Quy trình công nghệ
3.1.3 Sản phẩm sữa thanh trùng
3.2 Công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng
3.2.1 Giới thiệu chung
3.2.2 Quy trình công nghệ
3.2.3 Sản phẩm sữa tiệt trùng
3.3 Công nghệ sản xuất sữa cô đặc
3.3.1 Giới thiệu chung
3.3.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc
3.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc không ngọt
3.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc có đường
3.3.5 Sản phẩm sữa cồ đặc

3.4 Công nghệ sản xuất sữa bột
3.4.1 Giới thiệu chung
3.4.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa bột
3.4.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream
3.4.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy
3.4.5 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột tan nhanh
(instant milk powder)
3.4.6 Quá trình lecithin hóa trong công nghệ sản xuất sữa bột
3.4.7 Sản phẩm sữa bột
3.5 Công nghệ sản xuất sữa lên men
3.5.1 Giới thiệu chung
3.5.2 Công nghệ sản xuất sữa lên men yaourt
3.5.3 Công nghệ sản xuất sữa lên men kefir
3.6 Công nghệ sản xuất phô mai
3.6.1 Giớị thiệu chung
3.6.2 Nguyên liệu trong sản xuất phô mai
3.6.3 Công nghệ sản xuất phô mai mềm không qua giai đoạn
ủ chín (phô mai tươi)

203
205
205
206
213
213
213
214
220
221
221

222
224
227
230
232
232
233
234
241
242
243
243
246
246
248
262
268
268
269
272


3.6.4 Công nghệ sản xuất phô mai mềm và bán mềm
277
có qua giai đoạn ủ chín
3.6.5 Công nghệ sản xuất phô mai bán cứng, cứng và rất cứng 295
301
3.6.6 Công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy
306
3.7 Công nghệ sản xuất bơ

306
3.7.1 Giới thiệu chung
307
3.7.2 Nguyên liệu trong sản xuất bơ
309
3.7.3 Quy trình công nghệ sản xuất bơ
321
3.7.4 Sản phẩm bơ
I
322
3.8 Công nghệ sản xuất kem
322
3.8.1 Giới thiệu chung
322
3.8.2 Nguyên liệu trong sản xuất kem
326
3.8.3 Quy trình công nghệ sản xuất kem
334
3.8.4 Kem thành phẩm
335
3.9 Câu hỏi ôn tập phần 3
TÀ I LIỆU THAM KHẢO

336


LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp thực phẩm bao gồm nhiều lĩnh vực chuyên
môn khác nhau như chế biền lương thực; sản xuất bánh, kẹo; chế biến
rau, quả; chè biên trà, că phè, ca cao; sản xuất dầu béo; chế biến thịt,

thủy sản; sản xuât các sảh phẩm từ sữa; sari xuất thức uống pha chế,
thức uống lèn men...
Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ thực phẩm
tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, các
kiến thức công nghệ thuộc hai lĩnh vực: sản xuất các sản phẩm từ sữa
và sản xuất thức uống dạng pha chế được gộp chung lại trong nội dung
môn học “Công nghệ sản xuất các săn phẩm từ sữa và thức uống pha
chế”. Đây là một trọng sô' các môn học chuyên ngành của sinh viên
đang theo học tại trường. Mục tiêu của môn học nhằm cung cấp cho
sinh viên những kiến thức về nguyền phụ liệu, quy trình sản xuất và
chỉ tiêu đánh giá chất lượng các săn phẩm thuộc hai lĩnh vực nói trên.
Do sự khác biệt về thành phần hóa học và các tính chất của
nguyên liệu, cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất các sản phẩm từ
sữa và các sản phẩm thức uống dạng pha chế là khác nhau. Do đó,
nội dung môn học đõ, được biên soạn thành 2 quyển sách riêng biệt
để lầm tài liệu tham khảo cho sinh viên. Quyển “Công nghệ sản xuất
các sản phẩm từ sữa* đã được xuất bản lần đầu tiên vàố năm 2004.
Đến năm 2006, quyển “Công nghệ sản xuất thức uống” được xuất bản.
Cả hai tài liệu nổi trên đều do Nhà xuất bản Đại họcQuốc gia TP.
Hồ Chí Minh xuất bản. Từ đó đến nay, các quyển sách này đãđược
nối bản và tái bản.
Lần này, chúng tôi biên soạn lại nội dung của hai quyển sách
nói trên với mục đích làm giáo trình môn học “CÔNG NGHỆ SA N
XUAT CAC SẨ N PHẨM TỪ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CHẾ* cho
sinh viển Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quôc giữ TP. Hô Chí
Minh. Các đề mục trong giáo trình được bố cục theo đề cương môn
học “Công nghệ sản xuất các săn phẩm từ sữa và thức uống pha chế”
dã được H ội đồng khoa học của Khoa và Trường phê duyệt.
Giáo trình được chia thành hai tập:
Tập i: “Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa”

Tập 2: “Công nghệ sản xuất thức uống pha chế”


Quyển sách này là tậ p 1 của giáo trình nói trên. Nội dung tập 1
gồm có 3 phần chính:
Phần 1 giới thiệu về sữa nguyên liệu: thành phần, tính chất, hệ
vi sinh vật trong sữa, những điều cần lưu ý trong quá trình thu
hoạch, vận chuyển và bảo quản sữa tươi trước khi chế biến.
Phần 2 gồm các quá trinh cơ bản trong công nghiệp chế biến
sữa. Đó là các quá trinh vật lý, hóa lý và sinh học.
Phẩn 3 trình bày công nghệ sản xuất một số sản phẩm tiếu biểu
từ sữa như sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng, sữa cô đặc, sữa bột, sữa
lên men (yaourt, kefir), phô mai, bơ và kem. Trong phần này, một sổ
kỹ thuật mới trong các quy trinh chế biến sữa đã được giới thiệu như
thanh trùng sữa bàng phương pháp vi lọc, cô đặc sữa trong sản xuất
yaourt bằng phương pháp thẩm thấu ngược hoặc siêu lọc, vi bao chất
béo để làm tăng chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm trong quả
trinh sấy phun sản xuất sữa bột...
Tập 1 của quyển giáo trình này cũng là tài liệu tham khảo cho các
bạn đọc đang công tác trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm từ sữa.
. Chúng tôi mong nhận được ỷ kiến đóng góp của bạn đọc về
nội dung quyển giáo trình để những lần tái băn sau sách được hoàn
chỉnh hơn.
Thư từ góp ý xin gửi về: Bộ môn Công nghệ thực phẩm> Trường
Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 268 Lý
Thường Kiệt, Q.10, TP Hồ Chí Minh, Điện thoại: (08) 38 64 62 51.
Tác giả
PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn

PHẨN 1

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP
CH Í BIẾN SỮA



NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÊ' BIẾN SỮA

11

1.1 G IỚ I T H IỆ U V Ề S Ữ A B Ò
Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động
vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người
đã biết sử dụng sữa từ các dộng vật nuôi để chế biến thành nhiều loại
thực phẩm quý giá. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên
thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa
bò, sữa dê và sữa cừu. Ớ nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu
cho ngành công nghiệp thực phẩm. Trong quyển sách này, chúng tôi
chỉ đề cập đến nguồn nguyên liệu sữa bò và các sản phẩm chế biến
công nghiệp từ sữa bò.

1.1.1 MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo,
protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa
phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng p-caroten có trong chất béo của sữa.
Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy (sữa đã được
tách béo - skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò
có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ.
B ả n g 1.1 Một sô' chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò

Đại lượng
Tỷ trọng
Điểm đông đặc
Độ dẫn điện

Đdn vị đo

Giá trị

g/cm3

1,028 + 1,036

°c

Đại lượng
Nhiệt dung riêng

-0,54 + -0,59 Thế oxy hóa khử

1/ohm.cm 0,004 *■0,005

Sức căng bề mặt d 20°c

Đờn vj do

Giá trị

cal/g.°c

0,933 + 0,954

y

0,10 Ỷ 0,20

dynes/cm

50

Tỷ trọ n g sữa
Tỷ trọng sữa do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định.
Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hợn 1g/cm3. Hàm lượng chất béo trong
sữa càng cao thì tỷ trọng của sữa sẽ càng thấp.
Khi biết được thành phần khối lượng các chất béo và các chất
không béo có trong sữa, ta có thể tính được tỷ trọng của sữa (ở
15,5°C) theo công thức sau:
^15,5°c _

trong đó:

100

(g/cm3)


PHẨN 1

12

- F {fat) là hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)
- SN F (solids non fat) là hàm lượng các chất khô không béo
trong sữa (% khôi lượng)
- w {water) là hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng).
Ta có:
w = 100 - F - S N F ,

(%)

Ví dụ: Sữa bò tươi có hàm lượng chất béo là 3,0% và hàm lượng
các chất khô không béo là 8,1%- Tỷ trọng của sữa ở 15,5°c sẽ bằng:
--------------- = 1,029 gtcm3
+ - ^ + (100-3,0-8,1)
0,93 1,608

d**°c = ^

Đ iể m đ ô n g đ ặ c c ủ a sữa: Thường dao động trong khoảng
từ -0,54 -ỉ- -0,59°c. Người ta thường sử dụng chỉ tiêu này dể kiểm
tra xem sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không.
Tuy nhiên, khi xử lý sữa ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc của sữa
sẽ gia tăng do sự kết tủa của một số muối phosphate có trong sữa.

1.1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC
Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước,
lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp
chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein,
vitamin, hormone, các chất màu và khí.
Khi nói đến thành phần hóa học của sữa, các nhà sản xuất
thường quan tâm đến giá trị pH và độ chua.

G iả tr ị p H củ a sữa
Giá trị pH thường được xác định ở 20°c. Theo định nghĩa:
pH = -lg[H+]
Sữa bò tươi có giá trị pH trung bình là 6,6.
Sữa non (colostrum) - tức phần sữa đầu tiên trong một chu kỳ tiết
sữa của động vật - có giá trị pH thường thấp hơn và khoảng bằng 6,0.
Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật như nhóm vi khuẩn lactic, chúng
sẽ chuyển hóa đường lactose trong sữa thành acid lactic và làm giảm
giá trị pH của sữa.


NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

13

Độ ch u a
Trong công nghiệp thực phẩm, độ chua sản phẩm được xác định
bằng phương pháp chuẩn độ. Hiện nay trên thế giới, độ chua của sữa
thường được biểu diễn bằng độ Soxhlet Henkel (°SH), độ Thorner
(°Th) hoặc độ Dornic (°D).
°SH: là số ml dung dịch NaOH N/4 cần thiết để chuẩn độ 100ml
sữa có bổ sung vài giọt chĩ thị phenolphtalein cho đến khi xuất hiện
màu hồng bền trong 20 giây. Các nước Trung Âu thường sử dụng đơn
vị này. Sữa bò tươi có độ chua trung bình 7°SH.
°Th: là số ml dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ hỗn hợp
100mZ sữa và 200ml nước cất có bổ sung vài giọt chỉ thị phenolphtalein cho
đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Thụy Điển, Nga, Ucraina,
Belarus sử dụng đơn vị này. Sữa bò bình thường có độ chua 17°Th.
°D: là số ml dung dịch NaỔH N/9 cần thiết để chuẩn độ 100ml
sữa có bổ sung vài giọt chĩ thị phenolphtalein cho đến khi xuất hiện

màu hồng bền trong 20 giây. Hai nước Pháp và Hà Lan thường dùng
đơn vị này dể biểu diễn độ chua của sữa.
B ả n g 1.2 Mối liến hệ giữa các đơn vị đo độ chua của sữa
°SH

°Th

°D

1

2,5

2,25

°Th

0,4

1

0,9

°D

4/9

10/9

1

°SH

Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một
khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống động vật nuôi,
tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần
thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiêt...).
B ả n g 1.3 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người
(% khối lượng)
Động vật

Protein tổng

Casein

Chất béo

Carbohydrate

Khoáng

Bò

3,4

2,8

3,9

4,8

0,8

Dê

3,6

2,7

4,1

4,7

0,8

Cừu

5,8

4,9

7,9

4,5

0,8

Ngựa

2,2

1,3

1,7

6,2

0,5

Người

1,2

0,5

3,8

7,0

0,2


14

PHẨN 1

B ảng 1.4 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)
Các thành phần chfnh

Khoảng biến thiên

Giá trị trung bình

Nước

85,5 -r 89,5

87,5

T ổng c á c c h ấ t khô

10,5 + 14,5

13,0

- L acto se

3,6

5,5

4,8

- Protein

2,9 -5- 5,0

3,4

- C hất béo

2 ,5 - 6 ,0

3,9

- K hoáng

0,6 + 0,9

0,8

Tổng các chất khô (Total solids-TS hoặc Dry matter-DM) được
hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và
làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Đại
lượng này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%) khối lượng.
Chất khô không béo (Solids non fat - SN F): là hiệu số giữa tổng
các chất khô (T S ) và hàm lượng chất béo trong sữa. Từ bảng 1.4, ta
suy ra giá trị trung bình của hàm lượng chất khô không béo trong sữa
bò là 13,0 - 3,9 = 9,1%.
i) Đ ường lactose
Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một
phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành.
Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng:
- Dạng a-lactose monohydrate CÌ2 H22 O1 1 .H2 O (phân tử a-lactose
ngậm một phân tử nước).
- Dạng P-lactose anhydrous C12 ĨỈ 22 O11 (phân tử (3-lactose khan).
Tỷ lệ hàm lượng giữa a-lactose monohydrate và P-lactose
anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa.

12

13

12

13

12

[3

12

OH

H

OH

H

OH

H

OH

p-D-galactopyranose

u-D-glucopyranose

p-D-galactosido-1,4ư-D glucose
«-lactose

ỊVD-galactopyranose

[i-D-glucopyranose

iỉ-D-galactosido-1,4p-D glucose
Hactose

H ìn h 1.1 Công thức cấu tạo phân tử a- và (3-lactose


15

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

B ả n g 1.5 Một sô tính chất vật lý của lactose
Đại lượng

Đơn vị đo

a-lactose monohydrate

p-lactose anhydrous

Phân tử lượng

Da

360

342

Nhiệt độ nóng chảy

°c

202

242

Độ hòa tan ở 15°c

g đưởng/100g nước

7

50

Góc quay cực [ci]q0

độ

+89,4

+35

Khi ta hòa tan đường a-lactose monohydrate dạng tinh thể vào

nước, góc quay cực của dung dịch sẽ là +89,4°. Nếu giữ dung dịch này
ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị +55°.
Đó là do một số phân tử a-lactose monohydrate đã chuyển sang dạng
P-lactose anhydrous. Khi đó, trong dung dịch sẽ tồn tại cân bằng:
L-a-lactose monohydrate ■«----* L-/3-lactose anhydrous
Việc giảm giá trị góc quay cực của dung dịch a -lactose
monohydrate sẽ diễn ra với tốc độ nhanh hơn nếu pH dung dịch được
kiềm hóa về giá trị 9,0 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75°c.
B ảng 1.6 Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydraíe và /3-lactose
anhydrous (theo khối lượng) ở trạng thái cân bàng trong dung dịch tại
các giá trị nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ dung dịch (°C)
Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydrate
và p-lactose anhydrous

15

20

50

70

90

1:1,63

1:1,59

1:1,51

1:1,45

1:1,40

Lactose là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với
các disaccharide và monosaccharide thường gập. Nếu như độ ngọt của
saccharose được đánh giá với chỉ số 100, của maltose là 32, glucose là
74 và fructose là 173 thì độ ngọt của lactose chỉ đạt 16.
Lactose có thể bị thủy phân tạo ra hai monosaccharide là
glucose và galactose bởi enzyme p-galactosidase (lactase).
Các đường đơn giản như glucose, fructose, saccharose, cổ nhiều
trong thực vật (hoa, trái cây các loại...). Tuy nhiên chỉ có sữa động
vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên.
Ngoài lactose, trong sữa bò còn có glucose (hàm lượng trung bình
lOmg/ỉ), galactose (20mg/l) và các hợp chất glucid chứa nitơ như Nacetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuraminic,...
Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉ ở dạng vết.


PHẨN 1

16
HC =

o

HC — NH — c — CH3

I

II

HO — CH

o

I
HC — OH

I

HC — OH

COOH

I

Acid pyruvic

c= 0

I
CH-,
I

N-acetylglucosamin
HC = 0

o

I

HC — NH— c

I

lí

HO — CH

—CH,

HC — OH

ĩ

...
[

H ,c — C — HN — CH

o

.

HO — CH

I

Hexosamine

ĩ

HO — CH

HC — OH

I
HC — OH
CH,

I

HC — OH

Ị

■OH

CH, — OH
Acid-N-acetylneuraminic

N-acetylgalactosamin

H ình 1.2 Công thức cấu tạo một số hợp chất glucid có chứa nitơ trong sữa
2i) Các hợp c h ấ t cỏ chứa n itơ
Thành phần các hợp chất có chứa nitơ trong sữa được trình bày
ở hình 1.3.
Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò (100%;

Protein (95%)

Các hợp chất chứa nitơ phi protein (5%)

Enzyme
Casein (75+85%)
<ís-casein
ịi-casein
K-casein
y-casein

Protein hòa tan (15+25%)
|!-lactoglobulin
«-lactalbumin
Proteose-peptone
Serum-albumin

Acid amin tự do
Nucleotide
Ure
Acid uric

Immunoglobulio
Các protein khác
Phân đoạn protein trong
Phân đoạn protein hòa tan
micelle (đông tụ ở pH = 4,6) - (không đông tụ ở pH = 4,6)

H ìn h 1.3 Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa

17

NGUYÊN LIỆU . NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỮA

Để xác định hàm lượng nitơ tổng trong sữa, người ta sử dụng
phương pháp Kjeldahl. Tiếp theo, ta dùng dung dịch acid tricloacetic
12% để đông tụ tất cả các protein trong sữa. Tiến hành lọc loại bỏ
protein rồi đem dịch lọc đi xác định hàm lượng nitơ theo phương pháp
Kjeldahl, từ đó ta sẽ suy ra được lượng nitơ phi protein trong sữa.
Khi thực hiện quá trình đông tụ sữa trong sản xuất phô mai, sữa
tươi sẽ chuyển thành một hệ gồm có hai pha: rắn và lỏng. Pha rắn
được gọi là khối đông (curd), còn pha lỏng là huyết thanh sữa
(lactoserum hoặc whey). Thành .phần hóa học chủ yếu của huyết thanh
sữa gồm có nước, các protein hòa tan, đường lactose, một số loại muối
khoáng, vitamin... Do hàm lượng của p-lactoglobulin và a-lactalbumin
trong huyết thanh sữa luôn cao vượt trội hơn các thành phần protein
khác nên khái niệm “whey protein” được hiểu là hỗn hợp protein với
hai thành phần chủ yếu là Ị3-lactoglobulin và a-lactalbumin.
Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu về những protein
thường gặp trong sữa.
a- Casein
Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa. Chúng tồn tại
dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là
các loại casein và khoáng (gồm calci, magie, phosphate và citrate).
^ 1^ ^

Tiểu

>

Đầu ưa nước của K-casein
—

Phosphate

■i

K-casein

©

Tương tác kỵ nước

H ìn h 1.4 Cấu trúc micelle của casein
Mỗi micelle do khoảng 400-Ỉ-500 tiểu micelle (submicelleì hợp
thành. Tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động 10-Ỉ-15nm
bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau. Thành phần


PHẨN 1

18

các casein a s, p, và K trong tiểu micelle có thể thay đổi theo những tỷ
lệ khác nhau. Các phận tử as và p-casein nằm tập trung tại tâm tiểu
micelle tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử K-casein được bố trí tại
vùng biên tiểu micelle. Phân tử K-casein có hai đầu: đầu ưa béo sẽ
tương tác với as và (3-casein ở vùng tâm tiểu micelle, đầu ưa nước sẽ
hướng ra ngoài vùng biên micelle. Mỗi tiểu micelle có phân tử lượng

trung bình 250.000Da.
Trong cấu trúc micelle, các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ
muôi phosphate calci Ca3(P04)2 và sự tương tác giữa các gốc kỵ nước.
Kích thước micelle phụ thuộc vào hàm lượng ion Ca2+ có trong sữa và
dao động trong khoảng 0,24-0,4^ưn. Các tiểu micelle ở vùng biên trong
cấu trúc micelle thường chứa hàm lượng K-casein khá cao. Do sự bố trí
các đầu ưa nước của K-casein luôn hướng ra vùng biên nên chính các
phân tử K-casein làm cho micelle hòa tan được trong sữa dưới dạng
dung dịch keo và ổn định cấu trúc của micelle trong sữa.
B ả n g 1.7 Thành phần casein trong sữa bò
Hàm
Casein lượng
(%)
47 H57

Kiểu gen

«S1

A, B, c , D

199

a s2

A, B, c , D

207

207

a S6

207

25.390

CO

a S4

25.150

+

207

23.600

Số nhóm
phosphate
trong
phân tử

00

«s3

Phân tử
lượng

(Da)

Ghi chú

«

<*s

Dạng

S ố acid
amin
trong
phân tử

Được tạo thành
do ph ân tử a S3 và
raS4 - casein liên
kết nhau qua cầu
disulphide

a s5
p

-h
15

8
1C

Y

Ai, A2 , A3

25
+35

3-5-7

B, B2, c , D, E

209

2 4.000

5

1

* 1 , K2t
*3, k4.
k5, k6, k 7

A, B

169

19.000

?1

Âi, A2 , A3 , B

181

20.000

Y2

T S - Az, TS a 3, s

104

12.000

R, TS-B

10 2

12.000

Y3

K hông chứ a
glucid


NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

19

Nếu tách K-casein ra khỏi micelle hoặc lấy đi phần ưa nước của
nó, cấu trúc micelle trở nên không ổn định. Trong trường hợp này
nêu như có mặt ion Ca2+ trong sữa, các micelle sẽ liên kết lại với
nhau và tạo nên hiện tượng đông tụ casein.
Casein là những protein có tính acid vì phân tử của chúng chứa
nhiều gốc acid glutamic và acid aspartic. Các phân tử casein thường
được phosphoryl hóa với những mức độ khác nhau trên gốc serine và
threonine.
Casein trong sữa có nguồn gốc từ những giống bò khác nhau có
thể có cấu trúc bậc một khác nhau. Tuy nhiên, cấu trúc bậc một của
cùng một loại casein (asi, as2, p hay k), chỉ khác nhau bởi vài gốc acid

amin trong phân tử protein của chúng.
Trật tự các nucleotide trong một gen nằm trên ADN trong nhân
tế bào sẽ quyết định cấu trúc bậc một của phân tử protein do gen mã
hóa. Các nghiên cứu thực hiện trên nhiều giống bò khác nhau tìm
thấy rằng có bốn kiểu gen ở bò, được ký hiệu là A, B, c , D, cùng mã
hóa cho phân tử a si-casein. Do đó, phân tử a S!-casein có bốn kiểu cấu
trúc bậc một tương ứng. Tương tự, phân tử a s2 và (3-casein có lần lượt
bốn và tám kiểu gen cùng mã hóa.
Một số kiểu gen thường gặp ở các giống bò nuôi như gen B mã
hóa cho phân tử a si-casein, gen A mã hóa cho phân tử a s2-casein, gen
At và A2 cùng mã hóa cho phân tử (B-casein. Ngược lại, một số kiểu
gen rất ít gặp như kiểu gen A mã hóa cho phân tử a si-casein chỉ tìm
thấy ở giống bò Frisonne Holstein.
aal-casein: do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không
đồng đều trên phân tử protein nên một đầu mạch a sl-casein tích điện
và có tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kỵ nước. Phân tử a slcasein có cấu trúc lá xếp và vòng cung p.
as2-caseirt: có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do

ph ân tử của nó chứa nhiều nhóm phosphoryl và gốc cation.

p-caseỉn: có tính ưa béo cao nhất. Phân tử |3-casein gồm 10%
cấu trúc xoắn a, 13% cấu trúc lá xếp p và 77% cấu trúc không trật tự.
K-casein: chỉ chứa một gốc phosphoryl. Tương tự như (3-casein,
K-casein có tính lưỡng cực. Đầu amino của phân tử protein thì ưa béo
còn đầu carboxyl, rơi liên kết với nhóm glucid (gồm galactose, N-


PHẨN 1

20

acetylglucosamin và N-acetylneuraminic) lại ưa nước. K -casein gồm
23% vùng xoắn (X, 31% vùng lá xếp p và 24% vùng vòng cung p.
ỵ-casein: Yi, y2 và y3-casein là những sản phẩm của quá trình
thủy phân P-casein bởi plasmine từ trong máu động vật.
B ả n g 1.8 Thành phần acid amin của một sô' loại casein trong sữa
S ố gốc acid amin trong
Acid amin

a si-casein

a S2-casein

p-casein

K-casein

(kiểu gen B)

(kiểu gen A)

(kiểu gen A2)

(kiểu gen B)

Asp

7

4

4

4

Asn

8

14

5

7

Thr

5

15

9

14

Ser

8

7

11

12

S er-P

8

10

5

1

G lu

25

25

17

12

G ln

14

15

22

14

Pro

17

10

35

20

Gly

9

2

5

2

Ala

9

8

5

15

Val

11

14

19

11

Met

5

4

6

2

lie

11

11

10

13

Leu

17

13

22

8

Tyr

10

12

4

9

Phe

8

6

9

4

Lys

14

24

11

9

His

5

3

5

3

Trp

2

2

1

1

Arg

6

6

4

5

Pyro-glu
1/2

cys

Tổng cộng

199

0

1

2

2

207

209

169


NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

21

Hình 1.5 Sơ đồ câu trúc
không gian ph ân íử K-casein
b- P rotein hòa tan
B ả n g 1.9 Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò
Hàm lượng

(%tổng khối lượng
protein trong sữa)

Kiểu gen

Phân tử lượng
(Da)

p-lactoglobulin

7 + 12

A, B, c , D, Dr

18.000

Phân tử gốm 162
gốc acid amin

U-Iactalbumin

2v5

A, B

14.200

Phân tử gồm 123
gốc acid amin

Proteose-peptone

2t4

Immunoglobulin

1 ,9 - 3 ,3

Tên protein

Serum-albumin

0,7 + 1,3

4.00

40.000

IgGi, IgGỉ

162.000, 152.000

IgA

400.000

IgM

950.000
66.300

Ghi chú

Là
sản
phẩm
thủy phân từ pcasein

Phân tử gồm 5^2
gốc acid amin


22

PHẨN 1

B ảng 1.10 Thành phần acid amin của một số protein hòa tan trong sữa
S ố gếc acid amin trong

Acid
amin

S ố gốc acid amin trong

Acid amin

p-lactoglobulin
(kiểu gen A)

a-lactalbumin

(kiểu gen B)

A sp

11

9

Val

A sn

5

12

Met

4

1

Thr

8

7

lie

10

8

S er

7

7

Leu

22

13

Glu

16

8

Tyr

4

4

Gln

9

5

P he

4

4

Pro

8

2

Trp

2

4

Gly

3

6

Lys

15

12

Ala

14

3

His

2

3

Vz cys

5

8

Arg

3

1

p-lactoglobulin
(kiểu gen A)

a-lactalbumin
(kiểu gen B)

10

6

P -lactoglobulin: có cấu trúc bậc hai gồm lCM-50% xoắn a,
20+30% lá xếp p, 50+60% vòng cung (3 và phần còn lại với cấu trúc
không trật tự. p-lactoglobulin có dạng hình cầu. 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
p-lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác.
a-lactalbum in: là protein dạng hình cầu. Cấu trúc của nó gần
giống với lysozyme. a-lactalbumin là một metalloprotein. Trong mỗi
phân tử có chứa một nguyên tử calci. a-lactalbumin là một protein có
giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần các acid amin trong phân tử của
nó rấ t cân đối.
Peptone-proteose: bao gồm những phân đoạn protein khác nhau.
Chúng là sản phẩm thủy phân từ P-casein bởi plasmine. Cùng với Ỵcasein, đến nay người ta đã tìm thấy được ba phân đoạn khác nhau
peptone-proteose từ quá trình thủy phân trên.
Im m unoglobulin: đến nay vẫn chưa có n h iều công trình
nghiên cứu sâu về nhóm protein này. Hầu hết các immunoglobulin
được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B. Người ta đã tìm thấy ba
loại immunoglobulin trong sữa bò là IgG, IgA và IgM.
Trong số các immunoglobulin, IgG được tìm thấy với hàm lượng
cao nhất. Trong sữa non, hàm lượng IgGi có thể chiếm đến 80% tổng
khối lượng các protein hòa tan trong sữa.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỬA

23

IgM là một glyco-protein. Các nhà khoa học cho rằng cả IgG và IgM
đều hoạt động như những kháng thể theo cùng một cơ chế là liên kết với
kháng nguyên và tạo ra mạng lưới không gian ba chiều không tan.
IgA cũng có thể tìm thấy trong nước mắt và các dịch tiêu hóa.
Nó có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột.
Bê khi mới sinh ra không có ba loại immunoglobulin IgG, IgM
và IgA. Tuy nhiên, sữa non của bò rất giàu ba loại kháng thể trên.
Serum -album in: là một protein phân tử lượng lớn có nguồn gốc
từ máu và không đặc trưng cho sữa. Thành phần của nó gồm có tấ t cả
542 gốc acid amin, trong đó 136 acid amin có tính acid và 52 acid
amin có tính kiềm. Serum-albumin rất mẫn cảm với nhiệt độ.
Các p ro te in khác: bảng 1.11 giới thiệu những protein khác
được tìm thấy trong sữa bò.

Phân tử lượng (Da)

Hàm lượng (mg/L)

p2-microglobulin

11,636

9,5

B ạch cầu

O steopontin

60.000

3 -1 0

T uyến vú

P ro teo se p e p to n e 3

28.000

300

T uýến vú

Protein liên k ết với folate

30.000

6 -1 0

Protein liên kết với vitamin D

52.000

16

Protein liên kết với vitamin B ,2

43.000

0

1
o
ro

B ả n g 1.11 Những protein hòa tan khác trong sữa bò

Lactoferrin

82.000

20 - 350

T uyến vú

Transferrin

77.000

-

Máu

C eruloplasm in

132.000

_

T uyến vú

Angiogenin-1

14.577

4 -8

T uyến vú

Angiogenin-2

14.522

-

-

68.000/17.000

-

Máu

(X ra c id glycoprotein

40.000

< 20

Máu

P rosaposin

66.000

6,0

T uyến vú

Protein

Kininogen

•

Nguổn gếc

Máu
-

■

(-) chưa xác định.

+) fc-microglobulin: protein này được tìm thấy trong các dịch cơ
thể và trên bề mặt của các tế bào mầm. p2-microglobulin là một

24

PHẦN 1

th à n h p h ần của hệ m iễn dịch. p2-m icroglobulin được h ìn h th à n h bởi

quá trình thủy phân protein từ phân đoạn tế bào bạch cầu.
+) Osteopontin: đây là một glycoprotein đã được phosphoryl hóa
và có tính acid. Chuỗi polypeptide của osteopontin có tấ t 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 calci.
+) Proteose peptone 3: người ta đã tìm thấy proteose peptone 3
cùng với các phân đoạn pentone-proteose khác trong sữa. Tuy nhiên,
proteose peptone 3 không phải là sản phẩm thủy phân từ p-casein bởi
plasmin. Protein này được sinh tổng hợp trong tuyến vú. 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, Nacetylgalactosamin 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 của nó trong sữa, từ đó hạn chế sự thủy phân chất béo.
+) Các protein liên kết với vitamin: các nhà khoa học cho rằng
những protein này có thể cải thiện khả năng hấp thu vitamin trong
đường ruột hoặc giữ vai trò ức chế một số vi sinh vật đường ruột do
gây ra sự thiếu hụt vitamin cho quá trình trao đổi chất và sinh
trưởng của chúng. Đối với protein liên kết với folate, một phân tử
protein có thể liên kết được với một phân tử folate trong khoảng pH

là 5,5 - 8,0. Còn protein liên kết với vitamin D là một glycoprotein.
Nó có cấu trúc tương tự như albumin từ máu bò và nó cũng có thể liên
kết được vởi các acid béo mạch dài. Riêng protein liên kết với
vitamin Bi2 là transcobalamin. Đây là một trong ba thành phần
protein cùng tham gia vào quá trình hấp thu vitamin Bi2 ở động vật
có vú.
+) Các protein liên kết với kim loại: ngoại trừ ca sein 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 dều là những
glycoprotein. Trong phân tử lactoferrin có 3 cầu disulphide. Mạch
polypeptide của lactoferrin có tấ t cả 689 acid amin. Mỗi phân tử
lactoferrin có thể liên kết được với 2 nguyên tử Fe. Transferrin có


NGUYÊN LIỆU NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

25

mạch polypeptyde với phân tử lượng là 75.830 Da. Mỗi mole
transferrin có thể liên kết được với hai mole sắt. Ceruloplasmin còn
có tên gọi khác là ferroxidase. Mỗi phân tử ceruloplasmin có thể liên
kết được với 6 nguyên tử Cu.
+) Angiogenin: trong sữa bò và máu bò, các nhà khoa học đã tìm
thấy hai loại angiogenin. Angiogenin 1 là mạch polypeptide không bị
glycosyl hóa. Nó có tấ t cả 125 acid amin và 3 cầu disulphide. Phân tử
này có 64% trình tự các acid amin tương tự như angiogenin ở người
và 34% trình tự các acid amin tương tự như ribonuclease ở bò.
Angiogenin 2 là mạch polypeptide với 123 acid amin, 3 cầu disulphide
và 1 vị trí được glycosyl hóa (Asp 33). Phân tử angiogenin 2 có 57%

trình tự các acid amin tương tự như angiogenin 1. Cả hai loại
angiogenin đều có hoạt tính ribonuclease nhưng hoạt tính của
angiogenin 2 thì thấp hơn. Trong máu bò, vai trò của angiogenin là
tham gia vào quá trình hình thành các động mạch, mao mạch và tĩnh
mạch của hệ tuần hoàn. Chức năng của angiogenin trong sữa bò hiện
nay vẫn chưa rõ. Một số nhà khoa học chọ rằng angiogenin trong sữa
bò có vai trò bảo vệ tuyến vú hoặc bảo vệ đường ruột của động vật
non do chúng có hoạt tính ribonuclease. •
+) Kininogen: có hai loại kininogen trong sữa bò, một loại có
phân tử lượng cao (68.000 Da), loại còn lại có phân tử lượng thấp
(17.000 Da). Enzyme kallikrein sẽ thủy phân phân tử kininogen
68.000 Da tạo ra bradykinin là một peptide có hoạt tính sinh học.
+) (Xj-acid glycoprotein: protein n ày còn có tê n gọi khác là

orosomucoid. Nó chỉ được tìm thấy trong sữa non. a r acid glycoprotein
có chứa 5 nhóm glycan trong phân tử. Đây là protein tham gia vào
quá trình điều hòa hệ thống miễn dịch.
+) Prosaposin: đây cũng là 1 glycoprotein. Chuỗi polypeptide của
prosaposin có chứa 525 acid amin. Prosaposin giữ vai trò quan trọng
trong quá trình hình thành, sửa chữa và bảo vệ hệ thần kinh.
Prosaposin là tiền chất của saposin A, B, c và D. Đây là những protein
hoạt hóa sphingoìipid. Tuy nhiên, người ta khống tìm thấy các saposin
trong sữa.
+) Membrane protein: trong sữa còn có các protein màng
(membrane protein). Hàm lượng của chúng rấ t thấp. Membrane
protein tạo nên một lớp màng mỏng bao xung quanh các h ạt béo, góp
phần làm ổn định hệ nhũ tương trong sữa. Một số membrane protein


PHẨN 1

26

là những lipo-protein. Lipid và nhóm các acid amin ưạ béo trong
membrane protein sẽ tạo nên phần ưa béo và tương tác với lipid của
các h ạt cầu béo. Ngược lại, phần ưa nước của chúng sẽ được bố trí tại
vùng biên các h ạt cầu béo và hướng vào nước.
c- E nzym e
Năm 1881, lần đầu tiên Arnold phát hiện sự có m ặt của enzyme
trong sữa bò. Enzyme đầu tiên được tìm thấy trong sữa là
lactoperoxydase. Đến nay hàng trăm nghiên cứu công bố hơn 60
enzyme khác nhau đã tìm thấy trong sữa. Chúng do tuyến vú tiết ra
hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên. Enzyme là những chất
xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Sự có mặt của các enzyme
trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa
trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng
sữa. Tuy nhiên, một số enzyme có trong sữa như lactoperoxydase,
lysozyme có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn định
chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến.
Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần
enzyme có trong sữa đa dạng và hoạt tính enzyme sẽ càng cao.
Người ta sử dụng phương pháp định tính thông qua việc phát
hiện sự có m ặt một vài enzyme trong sữa và xem đó là một chỉ tiêu
để đánh giá chất lượng sữa. Dưới đây, chúng tôi xin giới thiệu khái
quát về một số enzyme quan trọng trong sữa bò.
Bảng 1.12 Một số enzyme đã tìm thấy trong sữa bò
Mã SỐ phân loại

Tên enzyme

Nhóm 1: Oxydo-reductáse

EC: 1.1.1.1

Alcohol d e h y d ro g e n a se

EC: 1.1.1.27

L actate d e h y d ro g e n a se

EC: 1.1.1.37

M alate d e h y d ro g e n a se

EC: 1.1.1.49

G lu co se-6 -p h o sp h ate d eh y d ro g e n a se

EC: 1.2.3.2

X anthine o x y d ase

EC: 1.6.4.3

Dihydro-lipo-am ide re d u ctase d iap h o rase

EC: 1.6.99.3

NADH d e h y d ro g e n a se (cytochrom e C -red u ctase)

EC: 1.11.1.6

C a ta la se

EC: 1.11.1.7

L actoperoxydase

EC: 1.15.1.1

P ero x y d e-d ism u tase