Giáo trình Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống pha chế Tập 1 Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa - Lê Văn Việt Mẫn

L Ê 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

T Ậ P 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUAT

CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG

300002

^ NHÀ XUẤT BẢN

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 C H 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

LỜ I N Ó I ĐẦU 7

P h ẫ n 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 trước khi 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 B Ả N TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA 65 2.1 Các quá trình vật lý 67 2.1.1 Quá trình ly tâm 67 2.1.2 Quá trình đồng hóa 73

2.1.3 Quá trình phân riêng bằng membrane 87

2.1.4 Quá trình thanh trùng và tiệt trùng 107

2.2 Các quá trình hóa lý 128

2.2.1 Quá trình bài khí 128

2.2.2 Quá trình cô đặc bằng nhiệt 131

2.2.3 Quá trình sấy phun 142

2.2.4 Quá trình đông tụ casein 157

2.3 Các quá trình sinh học 167

2.3.1 Quá trình nhân giống vi sinh vật 167

2.3.2 Quá trình lên men 186

P h ầ n 3: CÔNG NGHỆ S Ả N XUẤT CÁC S Ả N PHẨM TỪ SỮA 203

J

3.1 Công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 205

3.1.1 Giới thiệu chung 205

3.1.2 Quy trình công nghệ 206

3.1.3 Sản phẩm sữa thanh trùng 213

3.2 Công nghệ sản xuất sữa tiệ t trùng 213

3.2.1 Giới thiệu chung 213

3.2.2 Quy trình công nghệ 214

3.2.3 Sản phẩm sữa tiệt trùng 220

3.3 Công nghệ sản xuất sữa cô đặc 221

3.3.1 Giới thiệu chung 221

3.3.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc 222 3.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc không ngọt 224 3.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc có đường 227

3.3.5 Sản phẩm sữa cồ đặc 230

3.4 Công nghệ sản xuất sữa bột 232

3.4.1 Giới thiệu chung 232

3.4.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa bột 233

3.4.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream 234 3.4.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy 241 3.4.5 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột tan nhanh

(instant milk powder) 242

3.4.6 Quá trình lecithin hóa trong công nghệ sản xuất sữa bột 243

3.4.7 Sản phẩm sữa bột 243

3.5 Công nghệ sản xuất sữa lên men 246

3.5.1 Giới thiệu chung 246

3.5.2 Công nghệ sản xuất sữa lên men yaourt 248 3.5.3 Công nghệ sản xuất sữa lên men kefir 262

3.6 Công nghệ sản xuất phô mai 268

3.6.1 Giớị thiệu chung 268

3.6.2 Nguyên liệu trong sản xuất phô mai 269 3.6.3 Công nghệ sản xuất phô mai mềm không qua giai đoạn

3.6.4 Công nghệ sản xuất phô mai mềm và bán mềm

có qua giai đoạn ủ chín 277

3.6.5 Công nghệ sản xuất phô mai bán cứng, cứng và rất cứng 295 3.6.6 Công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy 301

3.7 Công nghệ sản xuất bơ 306

3.7.1 Giới thiệu chung 306

3.7.2 Nguyên liệu trong sản xuất bơ 307

3.7.3 Quy trình công nghệ sản xuất bơ 309

3.7.4 Sản phẩm bơ I 321

3.8 Công nghệ sản xuất kem 322

3.8.1 Giới thiệu chung 322

3.8.2 Nguyên liệu trong sản xuất kem 322

3.8.3 Quy trình công nghệ sản xuất kem 326

3.8.4 Kem thành phẩm 334

3.9 Câu hỏi ôn tập phần 3 335

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 đ ể 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 học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh xuất bản. Từ đó đến nay, các quyển sách này đã được 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 S A N XUAT CAC S Ẩ 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 đ ể 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

PHẨN 1

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP

CH Í BIẾN SỮA

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÊ' BIẾN SỮA

1.1 G IỚ I T H IỆ U V Ề S Ữ A B Ò

11

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 th ế 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.

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 rấ t 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 Đdn vị đo Giá trị Đại lượng Đờn vj do Giá trị

Tỷ trọng Điểm đông đặc Độ dẫn điện g/cm3 °c 1/ohm.cm 1,028 + 1,036 -0,54 + -0,59 0,004 *■ 0,005

Nhiệt dung riêng Thế oxy hóa khử Sức căng bề mặt d 20°c cal/g.°c y dynes/cm 0,933 + 0,954 0,10 Ỷ 0,20 50 Tỷ trọ n g sữ a

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:

1.1.1 MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ

^15,5°c _ 100 _(g/cm3)

12 PHẨN 1

- 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:

d**°c = ^ --- = 1,029 gtcm3 + - ^ + (100-3,0-8,1)

0,93 1,608

Đ iể m đ ô n g đ ặ c c ủ a sữa: Thường dao động trong khoảng

từ -0 ,5 4 -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 c ủ a sữ a

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 th ế 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 th iết 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 th iết 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

°SH 1 2,5 2,25

°Th 0,4 1 0,9

°D 4/9 10/9 1

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

N gựa 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 ả n g 1.4 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)

C ác th àn h 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 h ấ t b é o 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 CÌ2H22O1 1.H2O (phân tử a-lactose ngậm một phân tử nước).

- Dạng P-lactose anhydrous C12ĨỈ22O11 (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 1 2 13 12 [ 3 1 2

OH H OH H OH H OH

p-D-galactopyranose u-D-glucopyranose ỊVD-galactopyranose [i-D-glucopyranose p-D-galactosido-1,4ư-D glucose iỉ-D-galactosido-1,4p-D glucose

«-lactose H actose

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 15

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 Nhiệt độ nóng chảy Độ h òa tan ở 15°c Góc quay cực [ci]q0 Da °c g đưởng/100g nước độ 360 202 7 +89,4 342 242 50 +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) 15 20 50 70 90 Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydrate

và p-lactose anhydrous 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 N-

acetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuraminic,... Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉ ở dạng vết.

16 PHẨN 1 HC = o HC — NH — c — CH3 I II HO — CH o I HC — OH I HC — OH N-acetylglucosamin HC = 0 I HC — NH— c — CH, I lí HO — CH o I HO — CH I HC — OH CH , ■ OH COOH I c = 0 I CH-, I o HC — OH ĩ ... I . H ,c — C — HN — CH [ HO — CH ĩ HC — OH HC — OH Ị CH, — OH Acid pyruvic Hexosamine N-acetylgalactosamin Acid-N-acetylneuraminic

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 ch ứ a 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%) Acid amin tự do Casein (75+85%) <ís-casein ịi-casein K-casein y-casein Enzyme Protein hòa tan (15+25%)

|!-lactoglobulin «-lactalbumin Proteose-peptone Serum-albumin Immunoglobulio Các protein khác Nucleotide Ure Acid uric

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

NGUYÊN LIỆU. NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỮA 17 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 tấ t 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

18 PHẨN 1

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

Casein Hàm lượng (%) Dạng Kiểu gen S ố acid amin trong phân tử Phân tử lượng (Da) S ố nhóm phosp h ate trong phân tử Ghi chú <*s 47 H- 57 «S1 a s2 « s 3 a S4 aS6 a s5 A, B, c , D A, B, c , D 199 207 207 207 207 23.6 0 0 25.1 5 0 25.3 9 0 CO « + 00 Được tạo thành do p h ân tử aS3 và raS4 - ca se in liên kết nhau q ua cầu disulphide p 25 +35 Ai, A2, A3 B, B2, c , D, E 209 2 4 .0 0 0 5 1C 8 -h 15 *1, K2t *3, k4. k5, k6, k7 A, B 169 19.000 1 K hông c h ứ a glucid Y 3-5-7 ?1 Y2 Y3 Âi, A2, A3, B T S Az, TS -a 3, s R, TS-B 181 104 1 0 2 20.0 0 0 12.000 12.000

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.

T rật 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 rấ t 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 sl- casein có cấu trúc lá xếp và vòng cung p.

as2-caseirt: có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do p h ân tử của nó chứa n h iều n h óm phosphoryl v à 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 trậ t 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-20 PHẨN 1

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

Acid amin

S ố gốc acid amin trong a si-casein

(kiểu gen B)

a S2-casein (kiểu gen A)

p-casein (kiểu gen A2)

K-casein (kiểu gen B) Asp 7 4 4 4 Asn 8 14 5 7 Thr 5 15 9 14 S e r 8 7 11 12 S e r-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 P h e 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 0 1 1/2 cy s 2 2 Tổng cộng 199 207 209 169

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA ₂₁

Hình 1.5 Sơ đồ câu trúc không gian p h â n íử K -casein

b- P ro tein h ò a ta n

B ả n g 1.9 Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò

Tên protein

Hàm lượng (%tổng khối lượng

protein trong sữa)

Kiểu gen Phân tử lượng (Da) Ghi chú p-lactoglobulin 7 + 12 A, B, c , D, Dr 18.000 Phân tử gốm 162 gốc acid amin U-Iactalbumin 2 v 5 A, B 14.200 Phân tử gồm 123 gốc acid amin Proteose-peptone 2t4 4.00 40.000 Là sản phẩm thủy phân từ p- casein

Immunoglobulin 1 ,9 - 3 ,3 IgGi, IgGỉ IgA IgM 162.000, 152.000 400.000 950.000 Serum -album in 0,7 + 1,3 66.300 Phân tử gồm 5^2 gốc acid amin

B ả n g 1.10 Thành phần acid amin của một số protein hòa tan trong sữa

22 PHẨN 1

Acid amin

S ố g ế c acid amin trong

Acid amin

S ố gốc acid amin trong p-lactoglobulin (kiểu gen A) a-lactalbumin (kiểu gen B) p-lactoglobulin (kiểu gen A) a-lactalbumin (kiểu gen B) A sp 11 9 Val 10 6 A sn 5 12 Met 4 1 Thr 8 7 lie 10 8 S e r 7 7 Leu 22 13 Glu 16 8 Tyr 4 4 Gln 9 5 P h e 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 -la cto g lo b u lin : 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 trậ t 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 Ỵ- casein, đến nay người ta đã tìm thấy được ba phân đoạn khác nhau peptone-proteose từ quá trình thủy phân trên.

Im m u n o g lo b u lin : 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 m ắt 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 rấ t 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.

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

Protein Phân tử lượng (Da) Hàm lượng (mg/L) Nguổn gếc p2-m icroglobulin 11,636 9,5 B ạch cầ u O steopontin 60.000 3 - 1 0 T u y ến vú P ro te o se p e p to n e 3 28.000 300 T u ý ến vú Protein liên k ết với folate 30.000 6 - 1 0

Protein liên kết với vitamin D 52.000 16 Máu Protein liên kết với vitamin B,2 43.000 0 1 o ro - ■ Lactoferrin 82.000 20 - 350 T u y ến vú T ransferrin 77.000 - Máu C eruloplasm in 132.000 _ _{T u y ến vú} Angiogenin-1 14.577 4 - 8 T uyến vú A ngiogenin-2 14.522 - -Kininogen • 68.000/17.000 - Máu (X ra c id glycoprotein 4 0 .000 < 20 M áu P ro sa p o sin 66.000 6,0 T u y ến vú (-) chưa xác định.

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

24 PHẦN 1

t h à n h p h ầ n của h ệ m iễ n dịch. p2-m icroglobulin được h ìn h th à n h bởi

quá trìn h 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, N- acetylgalactosamin và sialic acid. Các nhà sản xuất cần lưu ý là proteose peptone 3 có khả năng tạo bọt và nhũ hóa rấ t 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 c a 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

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 g lycoprotein : protein n à y còn có tê n g ọ i k h ác 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 ạ t béo, góp phần làm ổn định hệ nhũ tương trong sữa. Một số membrane protein

26 PHẨN 1

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 ạ t cầu béo. Ngược lại, phần ưa nước của chúng sẽ được bố trí tại vùng biên các h ạ t cầu béo và hướng vào nước.

c- E n zym 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 EC: 1.1 .1 .2 7 EC: 1 .1.1.37 EC: 1 .1.1.49 EC: 1.2.3.2 EC: 1.6.4.3 EC: 1 .6.99.3 EC: 1.1 1 .1 .6 EC: 1 .11.1.7 EC: 1.15.1.1 Alcohol d e h y d ro g e n a se L actate d e h y d ro g e n a se M alate d e h y d ro g e n a se G lu c o se -6 -p h o sp h a te d e h y d ro g e n a se X anthine o x y d ase D ihydro-lipo-am ide re d u c ta se d ia p h o ra se

NADH d e h y d ro g e n a se (cytochrom e C -re d u c ta se ) C a ta la s e

L acto p ero x y d ase P e ro x y d e-d ism u tase

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỮA 27 B ảng 1.12 (tiếp theo) Nhóm 2 : Transferase EC: 2.3 .2 .2 EC: 2.4 .1 .2 2 EC: 2.4 .1 .3 8 EC: 2.4.99.1 EC: 2.6.1.1 EC: 2 .6 .1 .2 EC: 2 .7 .1 .2 6 EC: 2.7.5.1 EC: 2 .7 .7 .2 EC: 2 .7.7.7 EC: 2.8.1.1

y-glutam yltranspeptidase tra n s fe ra s e

Lactose synthetase (UDP-galactose-glucose-galactosyl transferase) G alactosyl tra n sfe ra se

Sialyl-transferase

A spartate-am ino tra n sfe ra se A lanine-am ino tra n sfe ra se Riboflavine kinase

P h o sp h o g lu co m u tase FMN adenylyl' tra n sfe ra se ADN polym erase

Thiosulfate cy an u re sulfure tra n s fe ra s e

Nhóm 3 : Hydrolase

EC: 3.1.1.1 C arb o x y leste rase EC: 3 .1.1.2 A rylesterase

EC: 3 .1 .1 .3 L ipase (lipo-protein lipase) EC: 3 .1.1.7 A cetyl-cholinesterase EC: 3 .1.1.8 C h o lin estera se EC: 3.1.3.1 P h o s p h a ta s e alcaline EC: 3 .1 .3 .2 P h o s p h a ta s e acid EC: 3 .1 .3 .5 5-N ucleotidase EC: 3 .1.3.9 G lu c o se -6 -p h o sp h a ta se EC: 3.1.4.1 P h o sp h o d ie ste ra se EC: 3.1.6.1 A ryl-sulfatase EC: 3 .1 .2 7 .5 R ibonuclease EC: 3.2.1.1 oc-amylase EC: 3.2 .1 .2 p -am ylase EC: 3 .2.1.17 Lysozym e EC: 3.2 .1 .1 8 N euram inidase EC: 3.2.1.21 p -glucosidase EC: 3 .2 .1 .2 3 p -g alacto sid ase EC: 3.2 .1 .2 4 a -m a n n o sid a se

EC: 3.2 .1 .3 0 N-acety! (3-D g lu co sam id ase EC: 3.2.1.31 p-glucoronidase

EC: 3.4.11.1 Leucine am in o p ep tid ase EC: 3.4 .2 1 .7 P lasm in e (alcaline p ro te ase) EC: 3.6.1.1 Inorganic p y ro p h o sp h atase EC: 3 .6.1.3 A denosine trip h o sp h a ta se EC: 3 .6.1.9 N ucleotide p y ro p h o sp h a ta se

L-cystinyl di (3 naphthylam ide hy d ro lase L -le u c y l-p -n a p h th y la m id e h y d ro la s e

28 PHẨN 1 B ảng 1.12 (tiếp theo) Nhóm 4 : Lyase EC: 4 .1 .2 .1 3 EC: 4 .1 .3 .8 EC: 4.2.1.1

F ru cto se-b ip h o sp h ate ald o lase ATP citrate lyase

C arbonic a n h y d ra se

Nhóm 5 : Iso m e ra se

EC: 5 .3 .1 .9 G lu co se p h o sp h a te iso m e ra se

L a cto p eroxydase: Enzyme này luôn có trong sữa động vật, nó

do tuyến vu tiế t ra. Tuy nhiên, vi khuẩn leucocyte cũng có thể tổng hợp được lactoperoxydase. Enzyme xúc tác phản ứng chuyển hóa oxy I'jf hydrogen peroxyde (H20 2) đến các chất oxy hóa khác. Đây là một Tíietallo enzyme, nó có chứa Fe trong phân tử. Phân tử lượng enzyme 'ã 82.000Z)a. Enzyme có pH tối thích 6,8. Theo Luquet (1985), hàm lượng trung bình lactoperoxydase trong sữa là 30mgỉl. Trong sữa non, hàm lượng enzyme thường cao hơn. Khi đun nóng sữa đến 80°c trong

/ài giây, lactoperoxydase sẽ bị vô hoạt.

Catalase: được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh

các h ạ t cầu béo. Trong sản xuất phô mai, khi casein bị đông tụ, một ố phân tử catalase cũng bị kết tủa theo. Enzyme này xúc tác phản la g phân hủy hydrogen peroxyde thành nước và oxy tự do. Sữa tươi từ những con vật khỏe mạnh chứa một lượng catalase rấ t thấp. Sữa íìhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rấ t cao. Catalase là rnộl metallo enzyme (có chứa Fe trong phân tử). Phân tử lượng ‘ izyme là 240.000.Da. Enzyme có pH tối thích khoảng 6,8^7,0. Vào : ĩối chu kỳ tiế t sữa của con vật, hoạt lực enzyme trong sữa thường í ấ t cao. Catalase bị vô hoạt ở

75°c

sau thời gian 1 phút hoặc vô hoạt

ở 85t-68°C sau 30 phút.

Lipase: Người ta tìm thấy một hệ enzyme lipase trong sữa bò.

Chúng xúc tác thủy phân liên kết ester trong triglycerid và giải phóng ra các acid béo tự do. Trong sữa, một số lipase hấp phụ lên màng bao xung quanh các h ạt cầu béo, một số khác được tìm thây trong plasma, chúng liên kết với các micelle của casein.

Enzyme lipase quan trọng nhất trong sữa được ký hiệu là mLPL

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIỂN SỮA 29

Phân tử lượng mỗi tiểu phần là 50.000Da. Enzyme này có giá trị pH tối ưu 8,9. Hàm lượng mLPL trong sữa chỉ khoảng l-ỉ-2mg/ỉ, nó chỉ xúc tác thủy phân liên kết ester trong cơ chất triglycerid ở dạng nhũ

tương tại bề mặt tiếp xúc pha giữa chất béo và nước. Các enzyme

lipase khác xúc tác thủy phân các ester hòa tan và không nhũ hóa. Sự thủy phân triglycerid làm tích lũy các acid béo tự do trong sữa. Quá trình phân giải tiếp các acid béo này làm cho sữa có mùi ôi khét và mùi kim loại.

P hosphatase: Các phosphatase tìm thấy trong sữa chủ yếu

thuộc về nhóm phosphomonoesterase. Chúng xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Một số nghiên cứu đã tìm thấy sự có mặt của ATPase và pyrophosphatase trong màng protein bao xung quanh các hạt cầu béo.

Có hai dạng phosphomonoesterase trong sữa: phosphatase kiềm và phosphatase acid.

Phosphatase kiềm có pH tối thích là 9,6. Enzyme này được hoạ* hóa bởi Mg2+, Mn2+ và bị vô hoạt bởi Zn2+, Be2+, I2. Có khoảng 30-ỉ-4Ọ% lượng enzyme được phân bố trong các h ạt cầu béo, phần còn lại ở dưới dạng lipo-protein.

Một trong những tính chất đặc trưng của phosphatase kiềm là khả năng tái hoạt hóa của nó. Sau quá trình thanh trùng, nếu ta kiểm tra ngay mẫu sữa thì không phát hiện thấy hoạt tính phosphatase kiềm. Tuy nhiên, sau một thời gian bảo quản, trong sữa sẽ xuất hiện trở lại hoạt tính enzyme này. Người ta gọi đây là hiện tượng tái hoạt hóa của phosphatase kiềm và đến nay vẫn chưa tìm được lời giải thích rõ ràng về hiện tượng này. Để tránh hiện tượng tái hoạt hóa của phosphatase kiềm, ta cần làm lạnh nhanh sữa sau quá trình thanh trùng và bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp (2°C). Một số nghiên cứu cho rằng, sự có mặt của ion Ca2+ và Mg2* thúc đẩy quá trình tái hoạt hóa enzyme, ngược lại, các ion cobalt, đồng và niken lại kìm hãm hiện tượng này.

Phosphatase acid: enzyme này có pH tối thích là 4,7 và là enzyme bền nhiệt nhất trong sữa. Để vô hoạt nó hoàn toàn, ta cần

g ia n h iệ t sữa đ ến 96°c và giữ ở n h iệ t độ n à y tron g th ờ i g ia n tối th iểu

là 5 phút. Phosphatase acid bị vô hoạt bởi NaF.

Trong suốt chu kỳ tiết sữa Ư bò, hoạt tính phosphatase acid trong sữa khá ồ’n định. Ngược lại, hoạt tính phosphatase kiềm tăng dần vào khoảng cuối chu kỳ tiết sữa.

30 PHẨN 1

Để kiểm tra sừa có hoạt tính phosphatase hay không, người ta bổ sung ester-của acid phosphoric và một hóa chất đặc hiệu vào sữa. Nếu có enzyme, ester sẽ bị phân hủy, giải phóng ra rượu tự do. Sản phẩm này làm chuyển màu hóa chất đặc hiệu trên.

L ysozym e: Đến nay, người ta đã trích ly và tinh sạch được

lysozyme từ sữa. Đó là một glucosaminidase (hay muramidase) có phân tử lượng khoảng 14.00018.OOODa và là một enzyme bền nhiệt.

Lysozyme xúc tác phản ứng thủy phân liên kết p giữa acid muramic và glucosamine của mucopolysaccharide trong màng tế bào vi khuẩn, từ đó gây phân hủy tế bào. Lysozyme trong sữa bò hoạt động ở pH tối thích là 7,9. Hàm lượng lysozyme trong sữa bò trung bình là 130|ig/l, khoảng 3.000 lần thấp hơn trong sữa người (400mgll).

Proteose: Nhiều n g h iên cứu đã tìm thấy trong sữa có hoạt tính enzyme protease. Các nhà khoa học đã đi sâu tìm hiểu nguồn gốc của các enzyme 'này: do tuyến vú tiết ra hay do vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên? Theo Humber và Alais (1979) thì có hai loại enzyme: protease acid và protease kiềm được tiết ra từ tuyến vú. Chúng thường liên kết với casein và cũng bị kết tủa ở pH = 4,6. Một số nghiên cứu khác tìm thấy hai loại enzyme trên có mặt trong màng bao xung quanh các h ẩt cầu béo trong sữa.

Các enzyme protease xúc tác phản ứng thủy phân protein, tạo các sản phẩm như proteose-peptone, peptide và các acid amin tự do. Có lẽ các K-casein là ít bị tấn công nhất. Sản phẩm thủy phân là Ỵ-casein và các phân đoạn proteose-peptone có phân tử lượng khác nhau. Các protease acid trong sữa có pH tối thích là 4,0, còn protease kiềm hoạt động mạnh nhất ở pH = 7,5+8,0. Chúng bị vô hoạt hoàn toàn ở 80°c sau 10 phút.

3i) C h ấ t béo

B ả n g 1.13 Thành phần chất béo trong sữa bò

Thành phẩn Hàm lượng (% so với

tổng khối lượng chất béo) Ghi chú

L ìp ld đơn g iản 98,5

- Glyceride: triglyceride 95 + 96 diglyceride 2 -H 3 monoglyceride 0,1

- Cholesteride 0,03 Ester của acid béo và cholesterol - Ceride _{0,02 Ester củ a acid b éo và rượu}

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 31

Bảng

1.13 (tiếp theo)

Lipid phức tạp 1,0

Các hợp chất tan trong chất béo 0,5 - Cholesterol 0,3 - Acid béo tự do 0,1 - Hydrocarbon 0,1 - Vitamin A, D, K, E vết - Rượu: phytol, palmitic, stearic, oleic... vết

L ip id đơn g iả n : công thức tổng quát của triglyceride CH?— 0 —co —R,

CH — O — c o — R,

I

CH., — 0 — 0 0 — R,

B ả n g ì . 14 Thành phần các acid béo trong sữa

Tên acid béo Số nguyên t ử c

% so vđi tổng lượng acid béo trong sữa

Nhiệt dộ nóng chảy (°C)

Trạng thái vật lý

ở nhiệt độ

phòng

A cid bão hòa:

A. butyric 4 3,0 - 4 . 5 - 7 ,9 Lỏng A. caproic 6 1 . 3 - 2 , 2 - 1 ,5 Lỏng A. caprylic 8 0 ,8 + 2,5 +16,5 Lỏng A. capric 10 00 •I* CÕ CO +31,4 L ỏng/rắn A. lauric 12 2 , 0 5 , 0 +43,6 R ắn A. myristic 14 7 ,0 - 1 1 ,0 +53,8 R ắn A. palmitic 16 25,0 -ỉ- 29,0 +62,6 R ắn A. ste a ric 18 3 , 0 -H 7,0 +69,3 R ắn A. arachidic 20 0,2 +75,0 R ắn

Acid không bão hóa:

A. oleic 18 30 + 40 +14,0 Lỏng A. linoleic 18 2,0 Ỷ 3,0 - 5 ,0 Lỏng A. linolenic 18 Không lớn hơn 1,0 - 5 ,0 Lỏng A. arachidonic 20 Không lớn hơn 1,0 -4 9 ,5 Lỏng

Hàm lượng các acid béo không bão hòa trong sữa được xác định bởi chỉ số iod của chất béo.

Chỉ số khúc xạ cửa sữa thay đổi phụ thuộc vào thành phần định tính và định lượng các acid béo có trong sữa. Đối với sữá bò, chỉ số khúc xạ dao động từ 40-Ỉ-46.

32 PHẨN 1

Nếu sữa chứa nhiều aeid béo nóng chảy ở nhiệt độ cao thì lipid sữa sẽ có “cấu trúc cứng”. Ngược lại, sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ thấp thì lipid sữa sẽ có “cấu trúc mềm” hơn.

L ip ỉd p h ứ c tạp: gồm hai nhóm chính N h ó m 1: hợp c h ấ t với glycerol

- Có acid phosphoric trong phân tử:

H2C — o — COR, I HC — o — COR2 h2c o — p — o — R, / / \ o OH Phospholipid Công thức cấu tạo g ố c R 3 — CH?— CH2 — NH2 — c h2— CH2 — N(CH3)3 ỌH ỌH OH ÒH COOH

I

— C H , — CH I COOH Tên gố c R1 Ethanolamin Choline Inositol Serine

- Không có acid phosphoric trong phân tử: — COR, ' O — C O R , H2C — o I H C ' Tên phospholipid Cephaline Lecithine Phosphalidyl inositol Phosphatidyl serine H2C — o Galactosyl glyceride ■OH CH2OH N h ó m 2: hợp c h ấ t với sphingosihe (C18H37N02)

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA ₃₃ CHg— (CH2)12 — CH = CH — CH — OH I H?N— CH Sphingosinể H2C — OH Ví dụ: C H 3- . ( G H 2) 12_ C H = = C H — C H — OH P - C - H N - Ị h Spun,™ ,,.,™ ,

ì

.I . . . . , 0 h2c — o — 0 — o —c h2— c h2— N(CH3)3 0 OH Các hợ p c h ấ t h ò a ta n tro n g c h ấ t béo: C holesterol HO Cholesterol (C27H45OH) 4 6 Các hydrocarbon trong sữ a: Squabene CH;

I

^27 H3C 26 C H , H,CS h3C ‘ H ,c . c h3 I c = C H — C H ,— C H ?— c = C H — C H , — CHp — c = C H — C H , CHa

I

CH,

ĩ

h3c/ c = CH — CH2— C H ,— c = CH — CH2— CH2—^Ò =B CH — CH S q u alen e (C15H25)2 Phytene h3c n _ _ 1 >CH-p CH, — C H ,— C H ,— CH— C H ,— CH2— GHị— CH — CH2— CH2— GHg— C ss CH — CH, H3C I ' L I ÒH3 c h3 c h3 Phytene (CS0H J

34 PHẨN 1

p-caroten

H3C CH a HSC CH3

p-caroten (C40H56)

Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 0,1+20ụm. Trong 1 ml sữa có khoảng 10^15 tỷ h ạ t cầu béo. Do đó, ta có thể xem sữa là một hệ nhũ tương dầu trong nước. Các h ạ t cầu béo được bao bọc bởi một lớp màng lipo-protein tích điện âm. Các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa.

Các h ạ t cầu béo có thành phần chủ yếu là glyceride, phospholipid và protein. Sự sắp xếp các thành phần này trong h ạt cầu béo đến nay chưa dược nghiên cứu sâu. Nhiều nhà khoa học cho rằng các phospholipid giữ vai trò “cầu nối trung gian” để liên k ết giữa các glyceride và protein. Phân tử phospholipid có hai dầu: đầu ưa béo (khồng phân cực) sẽ tương tác với các phân tử glyceride ở tâm cầu; đầu ưa nước (phân cực) sẽ kết hợp với màng protein bao xung quanh h ạ t cầu béo.

Nếu ta không động hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các h ạ t cầu béo có xu hướng kết hợp lại với nhau th àn h chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là agglutinin. Do tỷ trọng các h ạ t béo nhỏ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên bề m ặt sữa dưới tác dụng éủa lực đẩy Archimede và tạo nên váng sữa. Khi đó trong sữa tồn tại hai pha lỏng tách biệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipid; pha dưới có tỷ trọng lớn hơn gồm nước và một số chất hòa tan trong sữa như đường lactose, khoáng, một số protein....

4Ỉ) Khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động'từ-8*lQg/L Các muối trong sữa ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein).

Trong số các nguyền tố khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phosphore vă magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hòa tan trong sữa.

Các nguyên tố khoáng khác như -kali, natri, clore... đổng yai trò chất điện ly (electrolyte). Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA ₃₅

Thông thường vào cuối chu kỳ tiết sữa, đặc biệt khi con vật bị viêm vú, hàm lượng NaCl tăng vọt làm cho sữa có vị mặn.

Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zíi, Fe, I, Cu, Mo.... Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Một số nguyên tố độc hại như Pb, Às... đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò.

B ả n g 1.15 Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa (mg/l) (Luquet, 1985)

NguyỀn tố Sữa người Sữa bò Nguyên tố Sữa người Sữa bò Zn 3 * 5 2 * 5 Mo 0,05 + 0,08 Si 0,5 + 1,5 1,5 Ỷ 7,0 F 0,1 +0,2 AI 0,3 * 1 ,0 0,5 + 1,0 Se 0,01 -*• 0,05 Fe 0 ,5 -í-1,0 0,2 + 0,5 Cr 0,01 + 0,02 Cu 0,1 +0,5 0,02 + 0,15 Co ' 0,5. lo -3* 1,0.10-3 I 0,05 0,015 -ỉ- 0,050 Pb 0,1 +0,2 0,04 + 0,08 Mn 0,02 + 0,06 0,03 + 0,05 As 0,04 + 0,08 0,03 + 0,05 5i) V ita m in

Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm:

Vitamin hòa tan trong nước gồm: Bi,

B

2

, B3, Bg,

B6, c...

Vitamin hòa tan trong chất béo gồm: A, D, E.

Nhìn chung, hàm lượng các vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định, là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trọng ngăn thứ nhất dạ đày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết....

B ả n g 1.16 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò

Vitamin Hàmiuợng vitamin Hàm lượng ịmg/t) Vitamin , Hàm lượng

(mq/I) A 0,2 + 2,0 mg/ì B1 0,44 B12 4,3 D 0,375 + 0,500 ụgfl Bỉ 1,75 c ' 20 E 0,75 + 1,00 mgn Ba 0,94 Biotine 30 K BQjtg/l Bs 3,46 Acid folic 2,8 Bs 0,5

36 PHẨN 1

6Ỉ) H orm one

Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò, ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone. Ghủng được chia thành ba nhóm là proteohormone, hormone peptide và hormone steoride, trong số đó prolactine được nghiên cứu. nhiều hơn cả. Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50ụgll, trong sữa non là 230\ig/l.

7i) Các hợ p c h ấ t k h á c

Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là C 02, Ơ2 và N2. Tổng hàm lượng cửa chúng chiếm từ 5% đến 6% th ể tích sữa. Các chất khí trong sữa thường tồn tại ở ba dạng: dạng hòa tan, dạng liên kết hóa học với các chất khác và dạng phân tán.

Khí ở dạng hòa tan hoặc phân tán thường gây ra một số khó khăn trong các quy trình chế biến sữa. Do đó, sữa tươi thường được qua xử lý bài khí trước khi chế biến.

Thỉnh thoảng, người ta phát hiện trong sữa có cKứa các hợp chết hóa học khác như:

- Chất kháng sinh: peniciiline, chloramphenicol.... - Chất tẩy rửa: nước javel, kiềm....

- Pesticide: heptachlore và các epoxyde, aldride, dieldrine, chlordane.. - Kim loại nặng

- Nguyên tô' phóng xạ, nitrate, độc tố vi sinh vật....

Những hợp chất trên gây độc cho người sử dụng. Hàm lượng chúng trong sữa thường ở dạng vết. Chúng bị nhiễm vào sữa từ nguồn thức ăn động vật, từ thiết bị và dụng cụ chứa sữa, từ môi trường chuồng trại (không khí, đất...) hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên.

1.1.3 CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ

Do có chứa các thành phần protein nên sữa dược xem là một hệ keo. Ngoài ra, sự có m ặt của chất béo làm cho sữa có những tính chất của một hệ nhũ tương. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một sể tính chất của hệ keo và hệ nhũ tương sữa.

H ệ keo: trong sữa, các phân tử nước sẽ hình thành riện lớp vỏ

NGUYÊN LIỆU NGẢNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA ₃₇

ưa nứớc của K-casein được bố trí trên bề mặt micelle và chúng luôn hướng ra phía bên ngoài. Trong quá trình bảo quản, micelle trong sữa sẽ thay đổi vê thành phần hóa học. Cân bằng động giữa micelle casein và huyết thanh sữa được trình bày trên hình 1.6.

H ìn h 1.6 Cân bằng động giữa micelle casein và huyết thanh sữa

Như vậy, các tiểu micelle từ bên trong cấu trúc micelle có thể khuếch tán ra bên ngoài. Tương tự, phân tử casein và những chất khoáng ở dạng keo như calci và phosphate từ bên trong tiểu micelle có thể dịch chuyển vào hụyết thanh sữa.

Ngược lại, những phân tử casein cùng với calci, phosphate đang ở dạng hòa tan trong huyết thanh sữa có thể khuếch tán vào bên trong các tiểu micelle. Và tiểu micelle có thể khuếch tán và tái liên kết lại với các micelle có trong sữa. Sự thay đổi về thành phần hóa học của micelle casein sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó nhiệt độ và pH là hai yếu tố quan trọng nhất.

Khi giảm nhiệt độ của sữa từ giá trị nhiệt độ phòng về 4°c, các phân tử P-casein sẽ từ từ thoát rạ khỏi cấu trúc của micelle. Đo đó, hàm Ịượng “P-casein hòa tan trong huyết thanh” sẽ gia tăng (H.1.7). Nguyên nhân của hiện tượng trên là do P-caséin có các gốc ưa béo và sự tương tác giữa các gốc ưa béo trong tiểu micelle thường bị yếu đi khi nhiệt độ giẫm. Tương tự, hàm lượng calci liên kết với a si-casein trong micelle cũng giảm đi khi sữa được bảo quản ở nhiệt độ thấp. W alstra và cộng sự (1999) cho rằng hàm lượng calci liên k ết với các loại casein khác trong micelle cũng biến đổi theo quy luật tương tự. Ngược lại, chỉ số thể tích (tính theo đơn vị là ml/g chất khô casein) sẽ tăng khi nhiệt độ giảm. Những biến đổi nói trên có thể được xem là “thuận nghịch”. Tuv nhiên, khi tăng nhiệt độ của sữa sau một thời gian bảo quản lạnh ở 4°c, việc tái cấu trúc các micelle có th ể không giống như là những micelle đã có trorig sữa trước khi được làm lạnh.

Phân tử casein Micelle casein Tiểu micelle