Ce este coagularea?
În bucătărie, coagularea este ruperea unei emulsii sau a unui coloid în părți mari de compoziție diferită prin procesele fizico-chimice de floculare, cremare și coalescență. Coagularea este intenționată și de dorit la fabricarea brânzei și a tofu; neintenționată și nedorită la fabricarea sosurilor și a cremelor. Coagularea apare în mod natural în lapte dacă laptele nu este utilizat până la data de expirare sau dacă laptele rămâne afară la temperaturi ridicate.
Laptele este compus din mai mulți compuși, în principal grăsimi, proteine și zahăr. Proteinele din lapte sunt în mod normal suspendate într-o soluție coloidală, ceea ce înseamnă că moleculele mici de proteine plutesc liber și independent. Aceste molecule de proteine plutitoare refractează lumina și contribuie (împreună cu grăsimea în suspensie) la aspectul alb al laptelui. În mod normal, aceste molecule de proteine se resping între ele, permițându-le să plutească fără să se aglomereze, dar atunci când pH-ul soluției lor se schimbă, ele se pot atrage una pe alta și pot forma aglomerări. Aceasta este ceea ce se întâmplă atunci când laptele se încheagă, pe măsură ce pH-ul scade și devine mai acid, moleculele de proteine (cazeină și altele) se atrag unele pe altele și devin „cheaguri” care plutesc într-o soluție de zer translucid. Această reacție de coagulare are loc mai rapid la temperaturi mai ridicate decât la temperaturi scăzute.
Ce sunt poductele din lapte care îi permit să se coaguleze?
Laptele este o emulsie sau un coloid de globule de grăsime de unt în cadrul unui amestec care conține apă, carbohidrați, minerale și proteine.
Constituenții principali ai laptelui sunt apa, grăsimile, proteinele, lactoza (zahărul din lapte) și mineralele (sărurile). Laptele conține, de asemenea, cantități infime de alte substanțe, cum ar fi pigmenți, enzime, vitamine, fosfolipide (substanțe cu proprietăți asemănătoare grăsimilor) și gaze.
Care este conținutul de grăsime al laptelui?
Potrivit The Dairy Council, laptele integral are 3,9% grăsime (adică, conține 3,9g de grăsime la 100g), laptele semidegresat are 1,7% grăsime, laptele cu 1% grăsime are 1% grăsime, iar laptele degresat are 0,3% grăsime.
Ce proteine conține laptele?
Majoritatea laptelui băut în SUA provine din glandele mamare ale vacilor. Principalele proteine care se găsesc în lapte sunt unice și nu se găsesc în alte țesuturi decât în glandele mamare. Proteinele din lapte, în special cazeinele, au o compoziție de aminoacizi utilă pentru creșterea și dezvoltarea tineretului. Alte proteine din lapte includ o serie de enzime, proteine implicate în transportul nutrienților, proteine implicate în rezistența la boli (anticorpi și altele), factori de creștere etc. (a se vedea referința 1). Cazeina reprezintă 79,5% la sută din proteinele găsite în laptele de vacă.
Laptele conține 3,3% proteine totale. Proteinele din lapte conțin toți cei 9 aminoacizi esențiali necesari pentru om. Proteinele din lapte sunt sintetizate în glanda mamară, dar 60% din aminoacizii utilizați pentru a construi proteinele sunt obținuți din dieta vacii. Conținutul total de proteine din lapte și compoziția de aminoacizi variază în funcție de rasa vacii și de genetica fiecărui animal în parte.(2)
Proteinele din lapte cuprind 19,3% din conținutul de proteine din lapte. Există 3 sau 4 cazeine în laptele celor mai multe specii; diferitele cazeine sunt molecule distincte, dar au o structură similară. Toate celelalte proteine care se găsesc în lapte sunt grupate sub denumirea de proteine din zer. Principalele proteine din zer din laptele de vacă sunt beta-lactoglobulina și alfa-lactalbumina.
β-lactoglobulina este principala proteină din zer din laptele de vacă și de oaie și este prezentă și la multe alte specii de mamifere; o excepție notabilă este reprezentată de om.
Molcula de cazeină
O familie de fosfoproteine înrudite (αS1, αS2, β, κ).
Cazeina conține un număr mare de resturi de prolină, care nu interacționează. De asemenea, nu există punți disulfură. Ca urmare, are relativ puțină structură terțiară. Este relativ hidrofobă, ceea ce o face să fie puțin solubilă în apă. Se găsește în lapte sub forma unei suspensii de particule, numite miceli de cazeină,
Cazeina conține un număr mare de resturi de prolină, care nu interacționează. De asemenea, nu există punți disulfură. Ca urmare, are o structură terțiară relativ mică. Este relativ hidrofobă, ceea ce o face să fie puțin solubilă în apă. Se găsește în lapte sub forma unei suspensii de particule, numite miceli de cazeină,
Imagine: Micela de cazeină, kappa cazeină în albastru, alfa cazeină în roșu, beta cazeină în magenta, oxigenul din apă în cyan. Sursa: Kumosinski, T.F., King, G. și Farrell, H.M., Jr. (1994).Compararea modelelor moleculare tridimensionale ale cazeinelor submicelare bovine cu împrăștierea razelor X cu unghi mic.
Cazeinele din laptele de vacă pot include diferite forme, laptele de vacă conținând de obicei unul dintre cele două tipuri de cazeină beta. în funcție de profilul genetic al unei vaci individuale, laptele produs va conține fie cazeine A1-beta, fie cazeine A2-beta.
Toate moleculele de cazeină au cel puțin un fosfat legat de ester. Niciuna dintre proteinele din zer nu are acest lucru.
Punctul izoelectric al cazeinei este 4,6. Deoarece pH-ul laptelui este de 6,6, cazeina are o sarcină negativă în lapte.
Caseinele au o distribuție foarte neuniformă a sarcinilor de-a lungul moleculei, în timp ce la principalele proteine din zer, sarcinile sunt distribuite mai uniform. Acest lucru explică una dintre proprietățile majore ale cazeinelor din lapte, natura lor amfifilă. Regiunile încărcate sunt, în general, iubitoare de apă sau hidrofile, iar regiunile neîncărcate de-a lungul moleculei sunt mai hidrofobe sau urăsc apa. Deoarece aceste regiuni sunt răspândite în mod neuniform de-a lungul moleculei, aceste regiuni sunt mai expuse.
În proteinele cu distribuții egale, regiunile hidrofile și hidrofobe se anulează practic reciproc. Datorită naturii amfifile a moleculelor de cazeină, apare una dintre cele mai importante proprietăți ale cazeinei, micela de cazeină. Cea mai mare parte a cazeinei din lapte se găsește în agregate complexe și libere numite miceli.
micela de cazeină este stabilizată în două moduri. În primul rând, fosfatul de calciu se găsește în concentrații ridicate în lapte și în interiorul micellei de cazeină însăși. Concentrația este de așa natură încât se formează mici agregări de fosfat. O parte din fosfat este relativ liberă să intre și să iasă din micelă, iar o parte din fosfat este puternic legată de proteină. Acest fosfat legat se află în mici agregări de fosfat de calciu nedizolvat (coloidal). Acestea au tendința de a cimenta micela, stabilizându-i structura.
K-cazeina și coagularea laptelui
Celălalt efect stabilizator se datorează unei proprietăți a K-cazeinei. K-caseina are în structura sa o grupare carbohidrat care este esterificată la treonina din proteină. Acest grup de carbohidrați conține unele grupe cu sarcină negativă. Rezultatul este că K-caseina devine mai hidrofilă la o parte a moleculei. În micelă, K-cazeina și, într-o oarecare măsură, B-cazeina se autolocalizează cât mai aproape sau se extinde în interfața de apă a micellei. Acest lucru stabilizează micela, împiedicând agregarea micelilor prin repulsie sterică (împiedicând apropierea între miceliile de cazeină). În cazul K-Caseinei, legătura peptidică dintre aminoacidul 105 și 106 este vulnerabilă la hidroliză de către enzimele proteolitice (coagulator microbian sau cheag). Acesta este mecanismul de formare a cașului (prin eliminarea porțiunii de proteină care conține carbohidrați și, astfel, reducerea stabilității sterice). Pierderea protecției K-caseinei permite micelilor de cazeină să se agregheze și să formeze un caș coerent.
Pentru a înțelege modul în care chimozina coagulează laptele, trebuie să știm câte ceva despre proteinele din lapte. Cea mai mare parte a proteinelor din lapte este cazeina și există patru tipuri majore de molecule de cazeină: alfa-s1, alfa-s2, beta și kappa. Cazeinele alfa și beta sunt proteine hidrofobe care sunt precipitate cu ușurință de calciu – concentrația normală de calciu din lapte este cu mult mai mare decât cea necesară pentru a precipita aceste proteine. Cu toate acestea, cazeina kappa este o moleculă distinct diferită – nu este precipitabilă cu calciu. Pe măsură ce cazeinele sunt secretate, acestea se autoasociază în agregate numite micelii în care cazeinele alfa și beta sunt împiedicate să precipite prin interacțiunea lor cu cazeina kappa. În esență, cazeina kappa menține în mod normal majoritatea proteinelor din lapte solubile și previne coagularea spontană a acestora.
Intrați în chimozină
Chimozina taie proteolitic și inactivează cazeina kappa, transformând-o în para-kappa-cazeină și într-o proteină mai mică numită macropeptidă. Para-kappa-caseina nu are capacitatea de a stabiliza structura micelară și cazeinele insolubile în calciu precipită, formând cașul.
Moleculele de cazeină pot fi, de asemenea, separate din zer prin precipitarea cazeinei cu acid (similar cu ceea ce se întâmplă în stomac atunci când se consumă lapte) sau prin întreruperea structurii micelare prin hidroliza parțială a moleculelor de proteină cu o enzimă proteolitică. În stomacul tineretului din multe specii se găsește o enzimă numită renină, care hidrolizează în mod specific o parte din micela de cazeină, ceea ce duce la formarea unui caș. O metodă clasică de precipitare a cazeinei din laptele de vacă, care se realizează în laborator, constă în adăugarea lentă de HCl (0,1 N) pentru a reduce pH-ul laptelui la 4,6. Cazeina va forma treptat un precipitat, în timp ce celelalte proteine din lapte vor precipita relativ puțin. Diferitele combinații de precipitare acidă controlată și de hidroliză enzimatică a cazeinei stau la baza industriei brânzeturilor. Adesea se folosesc culturi bacteriene specifice pentru a stabili condițiile de scădere a pH-ului și secreție a enzimelor proteolitice care formează diferitele tipuri de brânză.
Ce este zerul?
Zerul este lichidul rămas după ce laptele s-a închegat și a fost strecurat. Proteinele din zer sunt formate din α-lactalbumină, β-lactoglobulină, seroalbumină, imunoglobuline,
Proteina de zer este o proteină de înaltă calitate care se găsește în mod natural în produsele lactate. Este o proteină „completă” care conține toți aminoacizii esențiali necesari organismului uman și este ușor de digerat.
Proteinele din lapte de vaci, numite și proteine serice, nu conțin fosfor și nu se coagulează la pH 4,6.
Proteinele din lapte de vaci pot fi folosite la fabricarea brânzei ricotta. În mod tradițional, zerul din laptele de oaie este fiert până când devine caș moale și pufos.
Efectul pH-ului
Pe măsură ce pH-ul scade și devine mai acid, moleculele de proteină (cazeină) se atrag unele pe altele și devin „cheaguri” care plutesc într-o soluție de zer translucid. Această reacție de aglomerare are loc mai rapid la temperaturi mai ridicate decât la temperaturi scăzute.
Curdurile sunt un produs lactat obținut prin coagularea laptelui într-un proces numit cașare. Coagularea poate fi provocată prin adăugarea de cheag sau de orice substanță acidă comestibilă, cum ar fi sucul de lămâie sau oțetul, iar apoi se lasă să stea.