Đề tài đặc điểm, tính chất và phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến sự biển đổi của protein trong sữa

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM *** BÁO CÁO TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG Đề tài Đặc điểm, tính chất và phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến s[.]

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

***

BÁO CÁO TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG

 Đề tài  : Đặc điểm, tính chất và phân tích các yếu

tố công nghệ ảnh hưởng đến sự biển đổi của protein trong sữa.

Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Yến

Lớp: Thực phẩm 03 – K64 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hạnh

1

Hà Nội, 11/2021

I MỞ ĐẦU

II SỮA VÀ NGUYÊN LIỆU SỮA

II.1 Giới thiệu II.1.1 Đặc điểm và thành phần cấu trúc của sữa II.2 Thành phần protein trong sữa

II.2.1 Casein II.2.2 Whey protein III CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG SỮA

III.1 Nhiệt độ III.1.1 Nhiệt độ cao do tác động của quá trình gia nhiệt III.1.2 Nhiệt độ thấp do tác động của quá trình xử lý lạnh III.2 Áp suất

III.2.1 Ảnh hưởng lên casein micelle III.2.2 Ảnh hưởng lên whey protein III.3 Độ pH

III.4 Thời gian

IV KẾT LUẬN

2

I 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 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

3

II SỮA 2.1 Giới thiệu 2.1.1 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, ở vị ngọt

Sữa thường có đặc điểm và tính chất sau:

 Tỷ trọng: 1,028 – 1,038

  Nhiệt độ đông đặc: -0,55 ° C 

  pH: 6,5 – 6,6

 Độ axit tính bằng độ Donic° D : 16 – 18

 Chỉ số khúc xạ ở20 ℃ : 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

(%)

Chất khô (%)

Protein (%)

Lipid (%)

Glucid (%)

Tro (%)

 Người 85 12.0 1.2- 1.5 3.5 6.0 – 7.0 0.3

4

Bò Dê  Ngựa Trâu

87 89 82 85

12.4 13.0 10.5 17.9

3.3 3.1 1.7 4.5

3.7 4.3 2.0 7.7

4.7 4.8 6.5 4.8

0.7 0.8 0.3 0.8

 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

5

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

 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

6

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 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

2.2 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

7

 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

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

Protein Casein (78 – 85%) Protein hòa tan (15 – 22%) Caseinα s

(45 – 55%)

Caseinα s1

+ Gồm 199 axit amin + M=26614 Da + 12 – 15g/l sữa đã tách

 bơ 

 β-lactoglobulin (7 – 12%)

+ 162 axit amin + 5 Cys: 2(-S-S) và 1(-SH) + 18277 Da

+ 3-4g/l sữa đã tách bơ 

Caseinα s2

+ Gồm 207 axit amin + 2 Cys: 2(-SH), 10 – 13P + 25230Da

+ 3 – 4g/l sữa đã tách bơ  Casein β + 209 axit amin

+ M = 23983 Da + 9-11g/l sữa đã tách bơ 

α -Lactalbumin (2-5%)

+ 123 axit amin + 8 Cys: 4(-S-S) và 1(-SH) + 14175 Da

+ 0,6 – 1,7g/l sữa đã tách

 bơ  Casein k

(8-15%)

+ 169 axit amin + 2 Cys: 2(-SH) + M = 19007 Da

Proteo –    pepton

(2-6%) Caseinγ  (3 – 7%) Imunoglobulin lgG1 153-163000 Da

8

(1,9 – 3,3%) 0,3 – 0,6g/l sữa đã tách bơ 

lgG1 146 – 154000Da 0,05 – 0,1g/l sữa đã tách bơ  lgA 385 – 417000Da

lgM 960 – 1000000Da 0,05 – 0,1g/l sữa đã tách bơ 

2.2.1 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 casein, casein, casein, 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

9

kích thước trung bình có tới 400 đến 500 dưới-micelle và có thể có kích thước lớn tới 0.4 µm

2.2.2 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:

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

 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 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

10

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 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 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

III ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG SỮA

3 1.Nhiệt độ 3.1.1 Nhiệt độ cao do tác động của quá trình gia nhiệt 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 lactoglobulin, giữa 1 phân tử ß-lactoglobulin và một phân tử k- casein và giữa một phân tử ß-ß-lactoglobulin và α-lactalbumin

11