凝乳とは
料理において、凝乳とは、凝集、クリーミング、合体といった物理化学的プロセスにより、エマルションまたはコロイドが異なる組成の大きな部分に分解されることです。 チーズや豆腐を作る際には意図的に凝固させることが望ましいが、ソースやカスタードを作る際には意図的でないため望ましくない。 牛乳が賞味期限内に使用されなかったり、暖かい温度で放置されたりすると、牛乳に自然に凝固が起こる。 牛乳に含まれるタンパク質は通常コロイド溶液に浮遊しており、小さなタンパク質分子が自由に独立して浮遊している状態です。 この浮遊タンパク質分子が光を屈折させ、牛乳の白い外観に（浮遊脂肪とともに）寄与しているのである。 通常、これらのタンパク質分子は互いに反発し合い、固まらずに浮遊していますが、溶液のpHが変化すると、互いに引き合い、固まりを形成することがあります。 これが牛乳が凝乳するときの現象で、pHが下がって酸性になると、タンパク質（カゼインなど）の分子は互いに引き合い、半透明のホエーの溶液に浮かぶ「凝乳」となる。
牛乳が固まるためのポダクトは何ですか？
牛乳は、水、炭水化物、ミネラル、タンパク質を含む混合物中のバター脂肪球の乳濁液またはコロイドです。
牛乳の主成分は、水、脂肪、タンパク質、乳糖（ミルクシュガー）、ミネラル（塩分）です。
牛乳の脂肪分についてですが、The Dairy Councilによると、全乳の脂肪分は3.9%（100gあたり3.9g）、半脱脂乳は1.7%、1%脂肪乳は1%、脱脂乳は0.3%となっています。
牛乳に含まれるタンパク質は？
アメリカで飲まれている牛乳のほとんどは、牛の乳腺から採れるものです。 牛乳に含まれる主なタンパク質は、乳腺以外の組織にはないユニークなものです。 牛乳のタンパク質、特にカゼインは、子供の成長と発達に役立つアミノ酸組成を持っています。 その他、牛乳に含まれるタンパク質には、酵素、栄養素の運搬に関わるタンパク質、病気への抵抗力に関わるタンパク質（抗体など）、成長因子などがずらりと並んでいます。 (参考文献1参照）。 カゼインは牛乳に含まれるタンパク質の79.5%を占めています。
牛乳には3.3%の総タンパク質が含まれています。 牛乳のタンパク質には、人間が必要とする9種類の必須アミノ酸がすべて含まれています。 乳タンパク質は乳腺で合成されますが、タンパク質を作るために使われるアミノ酸の60%は牛の食事から得ています。 乳タンパク質の総量やアミノ酸組成は、牛の品種や個々の動物の遺伝によって異なります。 (2)
乳タンパク質は、乳中のタンパク質量の19.3%を占めます。 ほとんどの種の乳には3つまたは4つのカゼインがあり、異なるカゼインは別個の分子であるが、構造は類似している。 牛乳に含まれるその他のタンパク質はすべて、ホエイタンパク質という名前でグループ化されています。 牛乳に含まれる主な乳清タンパク質は、β-ラクトグロブリンとα-ラクトアルブミンです。
β-ラクトグロブリンは、牛や羊の乳に含まれる主要な乳清タンパク質で、他の多くの哺乳類種にも含まれています（顕著な例外はヒトです）。
カゼイン分子
関連するリンタンパク質（αS1、αS2、β、κ）のファミリーです。 また、ジスルフィド橋も存在しない。 その結果、比較的少ない三次構造を持っている。 比較的疎水性で、水に溶けにくい。 カゼインは牛乳中にカゼインミセルと呼ばれる粒子の懸濁液として存在する
カゼインにはプロリン残基が多く含まれ、これらは相互作用しない。 また、ジスルフィド橋も存在しない。 その結果、三次構造は比較的少ない。 比較的疎水性で、水に溶けにくい。 牛乳中にはカゼインミセルと呼ばれる粒子の懸濁液として存在する
Image: カゼインミセル、青がカッパカゼイン、赤がアルファカゼイン、マゼンタがベータカゼイン、シアン色が水中の酸素。 出典 Kumosinski, T.F., King, G. and Farrell, H.M., Jr. (1994).Comparison of the three dimensional molecular models of bovine submicellar caseins with small-angle X-ray scattering.
カウミルク中のカゼインは異なる形態を含むことがあり、カウミルクには通常 2 種類のベータカゼインのいずれかが含まれています。個々の牛の遺伝子プロファイルに応じて、生産されるミルクには A1 ベータカゼインまたは A2 ベータカゼインのいずれかが含まれます。
すべてのカゼイン分子は、少なくとも1つのエステル結合リン酸を持っています。 乳清タンパク質のどれにもこれはない。
カゼインの等電点は4.6である。 牛乳のpHは6.6なので、カゼインは牛乳中で負の電荷を帯びている。
カゼインは分子に沿って電荷が非常に不均一に分布しているが、主要なホエイタンパク質では、電荷はより均一に分布している。 このことが、牛乳中のカゼインの主要な特性のひとつである両親媒性という性質を説明する。 一般に、電荷を持つ領域は水を好む、つまり親水性であり、分子内の非電荷領域は疎水性、つまり水を嫌う。 これらの領域は分子に沿って不均一に広がっているため、これらの領域はより露出されている。
分布が均一なタンパク質では、親水性領域と疎水性領域は基本的に相殺される。 カゼインの最も重要な特性の一つであるカゼインミセルが出現するのは、カゼイン分子の両親媒性によるものである。 牛乳に含まれるカゼインのほとんどは、ミセルと呼ばれる複雑で緩やかな集合体として存在する。
このカゼインミセルは2つの方法で安定化されています。 まず、リン酸カルシウムは牛乳中、およびカゼインミセル自体の中に高濃度で存在する。 この濃度は、リン酸塩の小さな凝集体が形成されるようなものである。 リン酸塩の一部はミセル内を比較的自由に出入りし、一部はタンパク質と強く結合している。 この結合したリン酸塩は、溶解していない（コロイド状の）リン酸カルシウムの小さな凝集体になっています。 これらはミセルを固め、その構造を安定化させる傾向があります。
K-カゼインと牛乳の凝固
もうひとつの安定化作用は、K-カゼインの特性によるものである。 K-カゼインはその構造内に、タンパク質中のスレオニンにエステル化されている炭水化物基を持っている。 この糖鎖にはマイナスに帯電した基がいくつかある。 その結果、K-カゼインは分子の一部分で親水性が高くなる。 ミセル中では、K-カゼインとある程度Bカゼインはミセルの水界面に近い、あるいは水界面に伸びるように自己位置する。 これにより、立体反発によるミセルの凝集を防ぎ、ミセルが安定化する（カゼインミセル同士の接近を防ぐ）。K-カゼインの場合、105番目と106番目のアミノ酸間のペプチド結合は、タンパク質分解酵素（微生物凝固剤やレンネット）による加水分解に対して脆弱なものである。 これがカード形成のメカニズムである（タンパク質の炭水化物を含む部分を除去することにより、立体的な安定性を低下させる）。 K-カゼインの保護を失うことで、カゼインミセルが凝集し、まとまりのあるカルドを形成することができる。
キモシンがどのように牛乳を凝固させるかを理解するためには、牛乳のタンパク質について知っておく必要がある。 乳タンパク質の大部分はカゼインで、カゼイン分子には大きく分けて、α-s1、α-s2、β、κの4種類がある。 アルファカゼインとベータカゼインは疎水性のタンパク質で、カルシウムによって容易に沈殿する。通常の牛乳のカルシウム濃度は、これらのタンパク質を沈殿させるのに必要な濃度をはるかに超えている。 しかし、κカゼインは明らかに異なる分子であり、カルシウムを沈殿させることができない。 カゼインが分泌されると、ミセルと呼ばれる凝集体に自己会合し、その中でアルファおよびベータカゼインはカッパカゼインとの相互作用によって沈殿しないようにされている。
キモシンの登場
キモシンはκカゼインをタンパク質分解的に切断して不活性化し、パラκカゼインとマクロペプチドという小さいタンパク質に変換する。 パラκカゼインはミセル構造を安定化する能力がなく、カルシウム不溶性のカゼインが沈殿し、カルドを形成する。
カゼイン分子は、酸によるカゼインの沈殿（牛乳を摂取したときに胃の中で起こるのと同様）、あるいはタンパク質分解酵素によるタンパク質分子の部分加水分解によってミセル構造を破壊することによってもホエーから分離することができる。 多くの種の若者の胃の中には、レンニンという酵素があり、これがカゼインミセルの一部を特異的に加水分解し、その結果、カードが形成される。 実験室で行われる牛乳中のカゼインの古典的な沈殿法は、塩酸（0.1N）をゆっくりと加えて牛乳のpHを4.6に下げることである。 カゼインは徐々に沈殿を形成しますが、他の乳タンパク質は比較的少なく沈殿します。 カゼインの酸沈殿と酵素加水分解の組み合わせは、チーズ製造の基礎となるものである。 多くの場合、特定の細菌培養物を使用して、pHの低下とタンパク質分解酵素の分泌の条件を確立し、さまざまな種類のチーズを形成することができる。
ホエイとは
ホエイとは、牛乳を凝固させ、濾した後に残る液体である。 乳清タンパク質は、α-ラクトアルブミン、β-ラクトグロブリン、血清アルブミン、免疫グロブリン、
乳清タンパク質は、乳製品に自然に含まれる高品質のタンパク質です。
血清タンパク質とも呼ばれるホエイタンパク質は、リンを含まず、pH4.6で凝固しません。
ホエイは、リコッタチーズの製造に使用することができます。
半透明の乳清の溶液に浮かぶ「凝乳」となり、タンパク質（カゼイン）分子は互いに引き寄せ合う。 この凝集反応は、低温よりも高温でより迅速に起こります。
カードは、凝乳と呼ばれるプロセスで牛乳を凝固させることによって得られる乳製品です。 凝固はレンネットやレモン汁、酢などの食用酸性の物質を加え、寝かせることで起こります。