Úvod
Mlieko je komplexná tekutina s bohatým zložením, ktorej vlastnosti sú ovplyvnené rôznymi faktormi, vrátane kyslosti prostredia. Jedným z kľúčových konceptov, ktorý vysvetľuje správanie mliečnych bielkovín, je izoelektrický bod. Tento článok sa zameriava na izoelektrický bod mlieka, jeho zloženie a vplyv na rôzne procesy spracovania mlieka, ako aj na výrobu mliečnych výrobkov.
Čo je Izoelektrický Bod?
Podstatou javu zrážania mlieka pri okyslení je dipolárny charakter aminokyselín a bielkovín mlieka. Aminokyseliny, základné stavebné kamene bielkovín, môžu reagovať ako kyseliny aj ako zásady. Pri určitej hodnote pH, aktívnej kyslosti, je výsledný elektrický náboj molekuly aminokyseliny alebo bielkoviny nulový. Táto hodnota pH sa nazýva izoelektrický bod.
Pre kazeín, hlavnú bielkovinu mlieka, sa izoelektrický bod pohybuje v rozmedzí pH 4,6 - 4,9, pričom táto hodnota je rozdielna pre jednotlivé frakcie kazeínu. Pri tejto hodnote pH sú bielkoviny kazeínu nerozpustné a dochádza k ich vyzrážaniu, čo je základom kyslého zrážania mlieka.
Kyslé Zrážanie Mlieka
Kyslé zrážanie mlieka nastáva pri okyslení mlieka, či už prídavkom kyseliny alebo činnosťou mliečnych kultúr, ktoré produkujú kyselinu mliečnu. Tento proces je reverzibilný, čo znamená, že prídavkom alkálií sa vyzrážaný kazeín môže opäť rozpustiť ako anión, a prídavkom kyseliny nad izoelektrický bod prechádza kazeín do roztoku ako katión.
Kyslé zrážanie mlieka je základom pre výrobu kyslých a mäkkých syrov.
Prečítajte si tiež: Ako si vyrobiť tvaroh doma
Kazeín: Hlavná Bielkovina Mlieka
Kazeín [lat.] je skupina štruktúrne podobných fosfoproteínov v mlieku cicavcov a predstavuje hlavnú zložku mliečnych bielkovín. Makromolekuly kazeínu pozostávajú približne z 1 000 aminokyselinových stavebných jednotiek s relatívne veľkým zastúpením prolínu. V kazeíne kravského mlieka (tvorí asi 80 % jeho proteínov) sa nachádzajú makromolekuly αs1-kazeínu, αs2-kazeínu, β-kazeínu a κ-kazeínu približne v pomere 4 : 1 : 4 : 1.
Prvé tri typy kazeínu (αs1, αs2 a β) sú multifosforylované, čo znamená, že viaceré bočné serínové reťazce sú esterifikované kyselinou fosforečnou. Fosfátové skupiny môžu viazať katióny Ca2+. Napríklad αs1-kazeín vytvorí nerozpustnú vápenatú soľ. κ-kazeín obsahuje len jednu fosfátovú skupinu a je úplne rozpustný vo vode.
Micely Kazeínu
Kazeín sa v mlieku vyskytuje vo forme micel, ktoré sú čiastočne hydratované vďaka prítomnosti κ-kazeínu. Proteíny v tejto forme sa niekedy označujú ako kazeinogén (ako kazeín až po ich koagulácii). Veľkosť miciel sa pohybuje od 80 do 300 nm, pričom v ovčom mlieku je to približne 80 nm. Micely sa skladajú zo submiciel, ktorých je od 300 do 500. Sú stabilizované anorganickými soľami, ako sú Ca, Mg, PO4 a citráty, a v malom množstve obsahujú aj Na, K a Mn. Medzi micelami sa nachádza kapilárna voda.
Micely kazeínu majú na povrchu hydratačný obal, ktorý je tým väčší, čím má micela väčší náboj. Práve existencia hydratačného obalu ovplyvňuje ich vlastnosti. Odstránenie hydratačného obalu vedie ku koagulácii kazeínu.
Získavanie Kazeínu
Priemyselne sa kazeín získava z odstredeného mlieka kyslým alebo sladkým zrážaním. Pri kyslom zrážaní sa pH mlieka znižuje na hodnotu 4,6 (izoelektrický bod) pôsobením anorganických alebo organických kyselín (kyseliny chlorovodíkovej, kyseliny citrónovej, kyseliny octovej) alebo postupným zvyšovaním kyslosti mlieka mliečnym kvasením. Pri sladkom zrážaní sa používa syridlo obsahujúce chymozín alebo bakteriálne kultúry produkujúce enzýmy, ktoré koagulujú mlieko. Vyzrážaný kazeín sa filtráciou oddelí od srvátky, premyje sa, odstredí, vysuší a pomelie.
Prečítajte si tiež: Ovsené palacinky pre každú príležitosť
Faktory Ovplyvňujúce Stav Kazeínu v Mlieku
Stav kazeínu v mlieku ovplyvňuje viacero faktorov:
- Obsah vápnika: Väčšina kazeínu (90-95 %) sa nachádza v mlieku vo forme miciel v kombinácii s vápnikom. Zvyšok (5-10 %) je v rozpustnej molekulárnej fáze.
- Teplota: Pri nízkych teplotách (pod 10 °C) prechádzajú micely kazeínu na rozpustný kazeín. Naopak, pri zahrievaní sa rozpustný kazeín zráža (vzniká nerozpustný Ca).
- pH: Zníženie pH na hodnotu izoelektrického bodu (4,6 - 4,7) spôsobí, že kazeín sa stane elektricky neutrálnym a nie je schopný viazať vodu, čo vedie k jeho vyzrážaniu.
Enzýmové Zrážanie Mlieka
Okrem kyslého zrážania existuje aj enzýmové zrážanie mlieka, ktoré je vyvolané enzýmami ako chymozín (rennín) a pepsín, alebo bakteriálnymi proteinázami. Tieto enzýmy, nazývané syridlá, odštiepujú hydrofilnú časť reťazca κ-kazeínu, čo vedie k nevratnej koagulácii. Tento proces prebieha pri teplote 30 - 38 °C a pH sa nemení. Odštiepená časť κ-kazeínu obsahuje medzi 105 - 106 aminokyselinami a prechádza do roztoku, zatiaľ čo zvyšok, para-kazeín, vytvára s vápnikom para-kazeiňan vápenatý, ktorý je základom syreniny. Tento proces ovplyvňuje elektrokinetický potenciál a vedie k tvorbe gélu.
Využitie Kazeínu
Kazeín má široké využitie v rôznych odvetviach:
- Potravinárstvo: Používa sa pri výrobe kyslomliečnych výrobkov, smotanových krémov a na obohatenie detskej mliečnej výživy.
- Stavebníctvo: Používa sa ako stabilizátor.
- Priemysel: Koncentrované vodné roztoky jeho sodnej soli sa využívajú ako lepidlá na papier a spojivá pigmentov umeleckých farieb. Kazeínový cement sa používal na lepenie rozbitého porcelánu a obsahoval ako prísadu hydroxid vápenatý. Obnovuje sa aj jeho použitie na výrobu kazeínových vláken.
Kazeín ako Alergén
Kazeín patrí k potravinovým alergénom a môže spôsobovať svrbenie pokožky, zažívacie a dýchacie problémy. Pasterizáciou mlieka sa alergénnosť kazeínu zníži, ale neeliminuje.
Iné Formy Spracovania Mlieka
Okrem kyslého a enzýmového zrážania existujú aj iné spôsoby spracovania mlieka, ktoré využívajú rôzne vlastnosti kazeínu:
Prečítajte si tiež: Tvaroh z kyslého mlieka
- Sladký kazeín: Vzniká pri spracovaní mlieka pri vyšších teplotách a dá sa formovať (výroba korbáčikov, pareníc, oštiepkov).
- Tepelné spracovanie: Prídavkom CaCl2 pri zahriatí odtučneného mlieka na teplotu 95 - 97 °C vzniká zrazenina, ktorá sa dá spracovať do podoby stuhy alebo nití.
Zloženie Kazeínu
Je dôležité si uvedomiť, že pojem "kazeín" označuje zmes niekoľkých kazeínov. Z chemického hľadiska je to proteid, zložený z aminokyselín, kyseliny fosforečnej a glycidov. Vďaka prítomnosti -NH2 a -COOH skupín sa kazeín správa ako kyselina alebo zásada.
Stabilita Miciel Kazeínu
Stabilita miciel kazeínu je zabezpečená ich nábojom a hydratačným obalom. Čím väčší náboj micela má, tým je stabilnejšia. Znížením náboja, napríklad prídavkom ťažkých kovov alebo hydrokoloidov, sa rozpustnosť a stabilita micely znižuje a môže dôjsť k premene zo stavu sólu do stavu gélu.
Genetické Varianty Kazeínu
Existujú rôzne genetické varianty kazeínu, napríklad A, B, C, D. Príkladom je aj γ-kazeín.