Hiện tượng sữa kết tủa khi thêm acid (như chanh hoặc giấm) là một phản ứng hóa học thú vị, thường được ứng dụng trong chế biến thực phẩm như làm phô mai, sữa chua hoặc các sản phẩm từ sữa khác. Để hiểu rõ quá trình này, chúng ta cần phân tích sự ảnh hưởng của acid đến cấu trúc protein trong sữa, đặc biệt là casein – một trong những thành phần chính của sữa. Hãy cùng Foodtecher tìm hiểu bên dưới bài viết này nhé!
Cấu trúc của protein casein trong sữa
Casein chiếm khoảng 80% tổng lượng protein trong sữa và tồn tại dưới dạng các micelle casein, những hạt keo phức tạp giúp sữa ổn định và không bị tách lớp. Mỗi micelle được cấu tạo từ các loại casein chính như α-casein, β-casein và κ-casein, kết hợp với ion calcium phosphate.
- Lõi micelle: Chứa các phân tử α-casein và β-casein liên kết với nhau thông qua calcium phosphate.
- Lớp bề mặt: Được bảo vệ bởi κ-casein (κ-casein), đóng vai trò như một lớp “lá chắn” ngăn các micelle kết tụ với nhau.
Ở trạng thái tự nhiên (pH khoảng 6,6 – 6,8), các micelle casein mang điện tích âm nhờ sự ion hóa của nhóm carboxyl (-COO–) trên bề mặt. Lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle này giúp chúng phân tán đều trong nước, tạo ra dung dịch sữa mịn màng mà chúng ta thấy.
Sự thay đổi khi thêm acid
Khi acid như chanh hoặc giấm được thêm vào sữa, pH của dung dịch giảm xuống. Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc của micelle casein, dẫn đến hiện tượng kết tủa.
1. Trung hòa nhóm carboxyl
Ion H+ từ acid phản ứng với nhóm carboxyl (-COO–) trên bề mặt micelle casein, biến chúng thành dạng không mang điện tích (-COOH). Điều này làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle, cho phép chúng tiến lại gần nhau hơn.
2. Phá vỡ liên kết giữa casein và calcium phosphate
Acid làm suy yếu và phá vỡ các liên kết giữa các phân tử casein trong lõi micelle và ion calcium phosphate. Khi các liên kết này bị phá hủy, cấu trúc micelle trở nên kém bền vững. Lớp “lá chắn” κ-casein trên bề mặt cũng mất đi, khiến các micelle dễ dàng kết tụ lại với nhau.
3. Đạt đến điểm đẳng điện của casein
Điểm đẳng điện (pI) là mức pH mà tại đó phân tử protein không mang điện tích, mất tính ổn định trong dung dịch. Với casein, điểm đẳng điện nằm khoảng pH 4,6. Khi pH của sữa giảm gần đến mức này, các micelle casein không còn lực đẩy giữa các phân tử, thay vào đó lực hút giữa chúng tăng lên. Điều này khiến casein kết tụ lại thành những khối đông lớn hơn, tạo ra hiện tượng kết tủa mà mắt thường có thể quan sát được.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tủa
1. Loại acid sử dụng
- Acid mạnh (như giấm): Làm pH giảm nhanh hơn, dẫn đến hiện tượng kết tủa xảy ra nhanh và rõ rệt hơn.
- Acid yếu (như chanh): Quá trình kết tủa diễn ra chậm hơn, có thể tạo ra khối tủa mịn hơn nếu được khuấy đều.
2. Nồng độ acid
Lượng acid thêm vào sẽ quyết định mức độ giảm của pH. Nếu nồng độ acid quá thấp, pH có thể không đạt đến điểm đẳng điện của casein, khiến quá trình kết tủa không hoàn toàn.
3. Nhiệt độ
Ở nhiệt độ cao, các phân tử casein di chuyển nhanh hơn, làm tăng tốc độ kết tụ. Đồng thời, nhiệt độ cao cũng giúp phá vỡ các liên kết trong micelle dễ dàng hơn, tạo ra khối tủa đều và mịn.
4. Tốc độ thêm acid
Khi acid được thêm từ từ và khuấy đều, các micelle có thời gian để tập hợp lại một cách đồng nhất, tạo ra khối tủa mịn. Ngược lại, nếu acid được thêm nhanh, các khối tủa có thể không đồng đều, tạo ra cấu trúc lổn nhổn.
Ứng dụng của hiện tượng kết tủa sữa
Hiện tượng kết tủa do acid là nền tảng cho nhiều quy trình chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất các sản phẩm từ sữa:
1. Làm phô mai tươi
Thêm giấm hoặc chanh vào sữa ấm sẽ làm kết tủa casein, sau đó tách phần nước whey ra để thu được phô mai tươi. Đây là phương pháp đơn giản và phổ biến để làm phô mai tại nhà.
2. Sản xuất sữa chua
Trong quá trình làm sữa chua, vi khuẩn lên men đường lactose trong sữa tạo thành acid lactic, làm giảm pH và gây kết tủa casein. Kết quả là sữa chua có kết cấu sệt đặc và mịn.
3. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
Quá trình này còn được sử dụng để tách protein từ sữa, ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và bột protein.
Kết luận
Hiện tượng kết tủa của sữa khi thêm acid là một quá trình hóa học thú vị, bắt nguồn từ sự thay đổi pH và cấu trúc protein casein. Qua việc hiểu rõ cơ chế này, chúng ta không chỉ khám phá được bí mật trong khoa học thực phẩm mà còn biết cách ứng dụng vào cuộc sống hàng ngày, từ làm phô mai, sữa chua cho đến các sản phẩm thực phẩm công nghiệp. Đây là minh chứng cho thấy khoa học đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
Vy Đặng VinaOrganic