Hvad er koagulering?
I madlavning er koagulering opsplitning af en emulsion eller kolloid i store dele af forskellig sammensætning ved hjælp af de fysisk-kemiske processer udflockning, skumning og koalescens. Koagulering er tilsigtet og ønskelig ved fremstilling af ost og tofu, mens den er utilsigtet og uønsket ved fremstilling af saucer og cremer. Koagulering opstår naturligt i mælk, hvis mælken ikke er brugt inden udløbsdatoen, eller hvis mælken opholder sig ude i varme temperaturer.
Mælk består af flere forbindelser, primært fedt, protein og sukker. Proteinet i mælk er normalt suspenderet i en kolloidal opløsning, hvilket betyder, at de små proteinmolekyler flyder frit og uafhængigt rundt. Disse flydende proteinmolekyler bryder lyset og bidrager (sammen med det suspenderede fedt) til mælkens hvide udseende. Normalt frastøder disse proteinmolekyler hinanden, så de kan flyde rundt uden at klumpe sammen, men når pH-værdien i deres opløsning ændres, kan de tiltrække hinanden og danne klumper. Det er det, der sker, når mælken koagulerer. Når pH-værdien falder og bliver mere sur, tiltrækker proteinmolekylerne (kasein og andre) hinanden og bliver til “koagler”, der flyder i en opløsning af gennemsigtig valle. Denne klumpningsreaktion sker hurtigere ved varmere temperaturer end ved kolde temperaturer.
Hvad er det for nogle produkter i mælk, der gør det muligt for den at koagulere?
Mælk er en emulsion eller et kolloid af smørfedtkugler i en blandingssammensætning, der indeholder vand, kulhydrater, mineraler og proteiner.
De vigtigste bestanddele i mælk er vand, fedt, proteiner, laktose (mælkesukker) og mineraler (salte). Mælk indeholder også spor af andre stoffer som f.eks. pigmenter, enzymer, vitaminer, fosfolipider (stoffer med fedtlignende egenskaber) og gasser.
Hvad er mælkens fedtindhold?
I henhold til The Dairy Council har sødmælk 3,9 % fedt (dvs. indeholder 3,9 g fedt pr. 100 g), halvskummet mælk har 1,7 % fedt, 1 % fed mælk har 1 % fedt, og skummetmælk har 0,3 % fedt.
Hvilke proteiner er der i mælk?
Den meste mælk, der drikkes i USA, kommer fra køernes mælkekirtler. De vigtigste proteiner, der findes i mælk, er unikke og findes ikke i andre væv end mælkekirtlerne. Mælkeproteiner, især kaseinerne, har en aminosyresammensætning, der er nyttig for vækst og udvikling af unger. Andre proteiner i mælk omfatter en række enzymer, proteiner, der er involveret i transport af næringsstoffer, proteiner, der er involveret i sygdomsresistens (antistoffer og andre), vækstfaktorer osv. (se reference 1). Kasein udgør 79,5 % procent af de proteiner, der findes i komælk.
Mælk indeholder 3,3 % protein i alt. Mælkeproteiner indeholder alle 9 essentielle aminosyrer, som mennesker har brug for. Mælkeproteiner syntetiseres i mælkekirtlen, men 60 % af de aminosyrer, der bruges til at opbygge proteinerne, kommer fra koens kost. Det samlede indhold af mælkeprotein og aminosyresammensætningen varierer med koens race og det enkelte dyrs genetik.(2)
Mælkeprotein udgør 19,3 % af proteinindholdet i mælk. Der er 3 eller 4 kaseiner i mælken hos de fleste arter; de forskellige kaseiner er forskellige molekyler, men ligner hinanden i deres struktur. Alle andre proteiner, der findes i mælk, er samlet under betegnelsen valleproteiner. De vigtigste valleproteiner i komælk er beta-lactoglobulin og alfa-lactalbumin.
β-Lactoglobulin er det vigtigste valleprotein i komælk og fåremælk og findes også i mange andre pattedyrsarter; en bemærkelsesværdig undtagelse er mennesker.
Kaseinmolekylet
En familie af beslægtede fosfoproteiner (αS1, αS2, β, κ).
Kasein indeholder et stort antal prolinrester, som ikke interagerer med hinanden. Der er heller ingen disulfidbroer. Som følge heraf har det relativt lidt tertiær struktur. Det er relativt hydrofobt, hvilket gør det dårligt opløseligt i vand. Det findes i mælk som en suspension af partikler, kaldet kaseinmiceller,
Kasein indeholder et stort antal prolinrester, som ikke interagerer. Der er heller ingen disulfidbroer. Som følge heraf har det relativt lidt tertiær struktur. Det er relativt hydrofobt, hvilket gør det dårligt opløseligt i vand. Det findes i mælk som en suspension af partikler, kaldet kaseinmiceller,
Billede: Casein-miceller, kappa-casein i blå, alfa-casein i rød, beta-casein i magenta, ilt fra vand i cyan. Kilde: Kumosinski, T.F., King, G. og Farrell, H.M., Jr. (1994). sammenligning af de tredimensionelle molekylære modeller af bovine submicellære kaseiner med røntgenstrålespredning med lille vinkel.
Kaseinerne i komælk kan omfatte forskellige former, idet komælk typisk indeholder en af to typer betakasein. afhængig af den enkelte kos genetiske profil vil den producerede mælk indeholde enten A1-beta-kaseiner eller A2-beta-kaseiner.
Alle kaseinmolekyler har mindst ét esterbundet fosfat. Ingen af valleproteinerne har dette.
Det isoelektriske punkt for kasein er 4,6. Da mælkens pH-værdi er 6,6, har kasein en negativ ladning i mælk.
Kaseinerne har en meget ujævn fordeling af ladningerne langs molekylet, mens ladningerne i de vigtigste valleproteiner er mere jævnt fordelt. Dette forklarer en af de vigtigste egenskaber ved kaseinerne i mælk, nemlig deres amfifile natur. De ladede områder er generelt vandelskende eller hydrofile, mens de uladede områder langs molekylet er mere hydrofobiske eller vandskyende. Da disse områder er ujævnt fordelt langs molekylet, er disse områder mere udsatte.
I proteiner med jævn fordeling ophæver de hydrofile og hydrofobiske regioner stort set hinanden. Det er på grund af kaseinmolekylernes amfifile natur, at en af de vigtigste egenskaber ved kasein opstår, nemlig kaseinmicellen. De fleste kaseiner i mælk findes i indviklede løse aggregeringer kaldet miceller.
Kaseinmicellen er stabiliseret på to måder. For det første findes calciumphosphat i høje koncentrationer i mælk og i selve kaseinmicellen. Koncentrationen er sådan, at der dannes små aggregationer af fosfat. En del af fosfatet kan relativt frit passere ind og ud af micellen, og en del af fosfatet er stærkt bundet til proteinet. Dette bundne fosfat er i små aggregationer af uopløst (kolloidalt) calciumfosfat. Disse har en tendens til at cementere micellen sammen og stabilisere dens struktur.
K-kasein og koagulering af mælk
Den anden stabiliserende virkning skyldes en egenskab ved K-kasein. K-kasein har i sin struktur en kulhydratgruppe, som er esterificeret til threonin i proteinet. Denne kulhydratgruppe indeholder nogle negativt ladede grupper. Resultatet er, at K-kasein bliver mere hydrofilt i en del af molekylet. I micellen placerer K-casein og til en vis grad B-casein sig selv tæt på micellens vandgrænseflade eller strækker sig ind i den. Dette stabiliserer micellen ved at forhindre aggregering af micellerne ved hjælp af sterisk afstødning (ved at forhindre, at caseinmicellerne nærmer sig hinanden). For K-casein er peptidbindingen mellem 105. og 106. aminosyre sårbar over for hydrolyse af proteolytiske enzymer (mikrobielle koagulatorer eller løbe). Dette er mekanismen for dannelse af ostemasse (ved at fjerne den kulhydratholdige del af proteinet og dermed reducere den steriske stabilitet). Når K-kaseinets beskyttelse forsvinder, kan kaseinmicellerne aggregeres og danne en sammenhængende ostemasse.
For at forstå, hvordan chymosin koagulerer mælk, er man nødt til at vide noget om mælkeproteiner. Størstedelen af mælkeproteinerne er kasein, og der findes fire hovedtyper af kaseinmolekyler: alfa-s1, alfa-s2, beta og kappa. Alfa- og betakaseinerne er hydrofobiske proteiner, som let udfældes af calcium – den normale calciumkoncentration i mælk er langt højere end den, der er nødvendig for at udfælde disse proteiner. Kappa-kasein er imidlertid et helt andet molekyle – det kan ikke udfældes med calcium. Når kaseinerne udskilles, danner de sig selv til aggregater kaldet miceller, hvori alfa- og betakaseinerne forhindres i at udfælde på grund af deres interaktion med kappa-kasein. I det væsentlige holder kappa-kasein normalt størstedelen af mælkeproteinet opløseligt og forhindrer det i at koagulere spontant.
Enter chymosin
Chymosin skærer proteolytisk kappa-kasein og inaktiverer det og omdanner det til para-kappa-kasein og et mindre protein kaldet makropeptid. Para-kappa-casein har ikke evnen til at stabilisere den micellære struktur, og de calciumuopløselige kaseiner udfældes og danner en ostemasse.
Kaseinmolekyler kan også adskilles fra valle ved udfældning af kasein med syre (svarende til det, der sker i maven, når mælk indtages) eller ved at bryde den micellære struktur ved delvis hydrolyse af proteinmolekylerne med et proteolytisk enzym. I maven hos unge dyr af mange arter findes et enzym kaldet rennin, som specifikt hydrolyserer en del af kaseinmicellen, hvilket resulterer i dannelsen af en ostemasse. En klassisk udfældningsmetode for kasein i komælk, som udføres i laboratoriet, består i langsomt at tilsætte HCl (0,1 N) for at sænke mælkens pH-værdi til 4,6. Kaseinen vil gradvist danne en udfældning, mens relativt få af de andre mælkeproteiner vil udfælde. Forskellige kombinationer af kontrolleret syreudfældning og enzymatisk hydrolyse af kasein er grundlaget for osteindustrien. Ofte anvendes specifikke bakteriekulturer til at skabe betingelserne for sænket pH-værdi og sekretion af proteolytiske enzymer, som danner de forskellige ostetyper.
Hvad er valle?
Valle er den væske, der er tilbage, efter at mælken er blevet størknet og siet. Valleproteiner består af α-lactalbumin, β-lactoglobulin, serumalbumin, immunoglobuliner,
Mælkeprotein er et protein af høj kvalitet, der naturligt findes i mælkeprodukter. Det er et “komplet” protein, der indeholder alle de essentielle aminosyrer, som menneskekroppen har brug for, og det er let fordøjeligt.
Wheyproteiner, også kaldet serumproteiner, indeholder ikke fosfor og koagulerer ikke ved pH 4,6.
Whey kan bruges til at lave ricottaost. Traditionelt koges valle fra fåremælk ned, indtil den er blød, fluffy ostemasse.
Effekt af pH
Når pH falder og bliver mere sur, tiltrækker proteinmolekylerne (kasein) hinanden og bliver til “krøller”, der flyder i en opløsning af gennemskinnelig valle. Denne klumpningsreaktion sker hurtigere ved varmere temperaturer end ved kolde temperaturer.
Kurv er et mejeriprodukt, der fremstilles ved at koagulere mælk i en proces, der kaldes curdling. Koaguleringen kan ske ved at tilsætte løbe eller et hvilket som helst spiseligt surt stof som f.eks. citronsaft eller eddike og derefter lade det stå og trække.