Protein trong sữa

Trong sữa có nhiều Protein

Khái niệm và tính chất hóa học của Protein trong sữa

Protein là chuỗi phân tử Axit Amin nối với nhau bằng liên kết peptide

Có nhiều loại protein và mỗi loại có chuỗi acid amin riêng (thường mỗi loại có vài trăm acid amin). Có 22 loại acid amin khác nhau có thể kết hợp để tạo chuỗi protein. Có 9 acid amin mà cơ thể con người không thể tạo ra được và phải thu nhập từ thức ăn. Những acid này được gọi là các acid amin thiết yếu

Các acid amin trong chuỗi protein có thể liên kết trên toàn chuỗi và gấp vào nhau để tạo thành cấu trúc 3 chiều. Protein có thể tương đối thẳng hoặc có thể bó chặt vào thành một dạng giọt, hoặc ở giữa 2 dạng này. Thuật ngữ “denatured” – phân giải - được sử dụng khi protein tách ra khỏi liên kết thẳng hoặc liên kết hình giọt nước ban đầu. Việc phân giải protein có thể có lợi trong một số tường hợp, ví dụ như nó cho phép các Enzyme tiếp cận dễ dàng hơn đến các chuỗi protein để tiêu hóa. Hoặc để tăng khả năng cho các whey protein trong việc giữ nước, tạo ra một kết cấu mong muốn trong sản xuất sữa chua.

Tính chất hóa học của protein trong sữa

Sữa có khoảng 3.3% là protein. Protein trong sữa chứa tất cả 9 loại acid amin thiết yếu cho con người. Protein trong sữa  được tổng hợp từ tuyến vú, nhưng 60% acid amin cấu thành nên protein thì lại được tổng hợp từ thức ăn của bò. Thành phần protein trong sữa và các acid amin cấu thành là khác nhau với từng giống bò, và khác nhau giữa các loài.

Có 2 loại protein trong sữa đang được phân loại và chấp nhận rộng rãi dựa trên thành phần hóa học và tính chất vật lý của chúng: Nhóm Casein và whey protein (protein hòa tan).

Nhóm casein bao gồm Phosphorus, đông đặc hoặc kết tủa tại pH 4.6. Protein hòa tan thì không có Phosphorus và các protein này tồn tại ở dạng lỏng khi pH 4.6. Các nguyên tắc về đông đặc này và sự hình thành sữa đông khi độ pH giảm là cơ sở để làm Pho mát. Trong sữa bò, khoảng 82% protein là Caseion, và phần còn lại là whey protein (protein hòa tan)

Nhóm casein trong protein gồm vài dạng casein (α-s1, α-s2 , ß, and 6) mà mỗi dạng có cấu trúc acid amin riêng, biến thể di truyền riêng và tính năng riêng. Các casein tách biệt khỏi sữa và tồn tại trong một phức hợp gọi là meicelle – sẽ được đề cập trong phần tính chất vật lý của protein trong sữa

Các casein có một cấu trúc khá ngẫu nhiên, mở do cấu thành của các acid amin (giàu proline – một acid amin thấy nhiều trong protein). Nhóm Casein đều giàu Phosphate, việc này làm cho nhóm có thể kết hợp với Calcium để tạo thành muối Calxi phốt phát. Việc giàu Phosphate cũng làm cho sữa chữa nhiều calcium hơn là Calcium chỉ được hòa tan trong dung dịch. Vì vậy Casein protein cung cấp một nguồn calcium lớn cho người dùng. Casein loại 6 được làm từ một phần carbonhydrate gắn vào chuỗi protein và nó nằm cần bề mặt ngoài của Casein micelle

                                         

Trong sản xuất Pho mát, Casein loại 6 được phân tách giữa các axid amin, điều này tạo ra một phân mảng protein không chứa axid amin phenylalanine. Phân mảng protein này được gọi là glycomacropeptide và nó là nguồn cung cấp protein duy nhất cho những người bị chứng phenylketonuria (chứng bài trừ phenylalanine).

Protein hòa tan (whey protein) bao gồm khoảng 50% ß-lactoglobulin, 20% α-lactalbumin, còn lại là abumin huyết thanh (protein quan trọng nhất của huyết thanh), globulin miễn dịch (giúp miễn dịch), lactoferrin (tăng đề kháng..) , transferrin (vận chuyển sắt trong huyết thanh) và nhiều các protein thiểu số và các enzyme khác. Cũng giống như các thành phần chính khác của sữa, mỗi protein hòa tan có cấu trúc và tính chất riêng và các biến thể. Protein hòa tan không có chứa Phosphorus nhưng chứa một lượng lớn Sulfur (lưu huỳnh) trong các axid amin. Cấu trúc Đi Sulphua (-S-S-) (2 lư huỳnh liên kết với nhau) trong protein tạo cho chuỗi một dạng hình cầu nhỏ gọn. Cấu trúc Đi sulphua có thể bị bẻ gãy, làm mất cấu trúc nhỏ gọn, và quá trình này gọi là denaturing (biến tính). Biến tính là một lợi ích trong việc sản xuất sữa chua, nó làm tăng lượng nước mà protein có thể ngậm, điều này cải thiện kết cấu của sữa chua. Nguyên tắc này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các whey protein chuyên biệt với tính chất và chức năng độc đáo để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Người ta có thể dùng whey protein để ngậm nước trong thịt và các sản phẩm giò chả.

Chức năng của nhiều whey protein không được định nghĩa rõ ràng, và chúng có thể không có các chức năng riêng biệt trong sữa nhưng nhưng có thể là các thành phần để tổng hợp sức. Chức năng của ß-lactoglobulin được cho là vận chuyển vitamin A – điều thú vị là nó không có trong sữa người. α-Lactalbumin đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp lactose trong tuyến vú. Gobulin miễn dịch đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch của động vật, nhưng vẫn chưa rõ là những tính năng này có được chuyển cho con người hay không. Lactoferrin và transderrin đóng vai trò quan trong trong việc hấp thụ sắt.

Tính chất vật lý của Protein trong sữa

Nhóm casein trong sữa tạo thành một phức hợp gọi là micelle, phân tán trong nước của sữa. Casein micelle bao gồm các tiểu đơn vị của các loại casein (α-s1, α-s2 and ß) tổ chức với nhau thông qua cầu nối can xi phốt phát ở bên trong, bao quanh bới một lớp Casein loại 6 giúp ổn định các micelle trong dung dịch.

Casein micelle có hình cầu và có đường kính từ 0.04 đến 0.3 µm, nhỏ hơn nhiều so với các giọt chất béo (khoảng 1 µm) trong dung dịch sữa đã được đồng nhất. Casein micelle là các cấu trúc xốp, cho phép nước đi qua tự do trong và ngoài micelle. Casein micelle cân bằng nhưng là một cấu trục động và không tồn tại ngoài dung dịch. Chúng có thể bị đun sôi hoặc làm lạnh, và có thể bị sấy khô và tái tạo mà không gây tác dụng phụ. ß-casein, cùng với một vài canxi phốt phát sẽ di chuyển vào và ra khỏi micelle khi có sự thay đổi nhiệt độ, nhưng không ảnh hưởng đến dinh dưỡng của protein và các khoáng chất.

Whey Protein  xuất hiện như những đơn vị nhỏ, tan trong nước của sữa.

Suy giảm protein trong sữa

Protein có thể bị suy giảm do hoạt động của enzyme hoặc do ánh sáng mặt trời. Việc suy giảm protein do enzyme nguyên nhân chính là do các0 enzyme nhóm protease. Protease trong sữa đến từ nhiều nguồn: trong chính sữa, nhiễm khuẩn trong không khí, vi khuẩn được cố ý cho vào trong quá trình lên men, hoặc từ các tế bào soma trong sữa. Trong sản xuất sữa chua và pho mát, hoạt động của Protease được mong đợi, bằng việc cho vào các vi khuẩn với các đặc tính phân giải protein vào trong sữa. Việc phân giải không mong muốn của protein trong sữa sẽ dẫn đến sữa mất vị, chất lượng kém. Protease quan trọng nhất trong sữa để sản xuất Phomat là Plasmin – giúp phân giải protein trong qua trình làm chín sữa để tạo ra hương vị và cấu trúc phomat mong muốn.

2 loại acid amin trong sữa, methionine và cystine rất nhạy cảm với ánh sáng và có thể bị phân giải khi gặp anh sáng. Điều này gây mất mùi sữa và giảm chất lượng dinh dưỡng của 2 acid này trong sữa.

Ảnh hưởng của phương pháp tác dụng nhiệt lên protein trong sữa

Casein khá cân bằng dưới tác dụng của nhiệt. Thanh trùng bằng Nhiệt độ cao trong thời gian ngắn (HTST) không ảnh hưởng đến chức năng và dinh dưỡng của casein protein. Nhiệt độ cao có thể gây ra tác động giữa các casein và whey protein, làm ảnh hưởng đến chức năng nhưng không ảnh hưởng đến dinh dưỡng của protein trong sữa. Ví dụ, do nhiệt độ cao, ß-lactoglobulin có thể tạo ra màng trong các casein micelle điều này làm phomat không đông được

Whey protein nhạy cảm với nhiệt độ hơn casein. Thanh trùng bằng HTST không ảnh hưởng đến dinh dưỡng và chức năng của whey protein. Các phương pháp xử lý nhiệt cao hơn có thể gây suy giảm ß-lactoglobulin, là một trong sản xuất một số thực phẩm như sữa chua và các nguyên liệu, vì nó giúp protein ngậm nhiều nước hơn. Việc suy giảm protein gây ra thay đổi trong cấu trúc vật lý của protein, nhưng thông thường không ảnh hưởng đến các acid amin cấu thành và do đó không ảnh hưởng đến dinh dưỡng của protein trong sữa. Nhiệt độ rất cao (UHT) có thể gây ra một vài tác động xấu đến các axit amin nhạy cảm hơn với nhiệt độ, làm giảm nhẹ dinh dưỡng trong sữa. α-lactalbumin là một whey protein ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ