Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα?

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? Δείτε με ποιό ακριβώς γίνεται το πήξιμο του γάλακτος

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Οι καζεΐνες βρίσκονται στο γάλα με τη μορφή των καζεϊνικών μικκυλίων

Οι καζεΐνες, οι οποίες αποτελούν περίπου το 80% των συνολικών πρωτεϊνών του γάλακτος, απαντώνται στο γάλα υπό τη μορφή συσσωματωμάτων, γνωστών ως καζεϊνικά μικκύλια (casein micelles).

Τα καζεϊνικά μικκύλια έχουν κατά προσέγγιση σφαιρικό σχήμα και αποτελούνται από τις αs1-, αs2-, β- και κ-καζεΐνες, σε συνδυασμό με ανόργανα ιόντα, κυρίως ασβέστιο και φωσφορικά, τα οποία συμβάλλουν στη δομή και τη σταθερότητά τους

Σχηματική απεικόνιση της εγκάρσια τομής ενός καζεϊνικού μικκυλίου με βάση την θεώρηση του Μοντέλου των υπομικκυλίων (submicelle ή subunit model). Οι καζεΐνες, αS1-CN, αS2-CN, β-CN, κ-CN, βρίσκονται στο γάλα κυρίως σε κολλοειδή κατάσταση σχηματίζοντας μικκύλια. Τα μικκύλια, αυτά, κινούνται αέναα, στο γαλακτικό διάλυμα. Οι προεξοχές (κατσαρώματα), της k-καζεΐνης εμποδίζουν τα μικκύλια να συνενωθούν μεταξύ τους. Όταν, επικρατήσουν οι κατάλληλες συνθήκες, τότε, αυτά, τα μικκύλια συσσωματώνονται και το γάλα ”πήζει”.

Δείτε: Ποιές είναι οι ΜΟΝΑΔΙΚΕΣ πρωτεΐνες γάλακτος

Τα ανόργανα ιόντα αναφέρονται, γενικά, ως κολλοειδές φωσφορικό ασβέστιο, (Colloidal Calcium Phosphate).

Καζεϊνικά μικκύλια στο γάλα

Πιθανή δομή του καζεϊνικού μικκυλίου (λήψη εικόνας μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης εκπομπών πεδίου υψηλής ανάλυσης – high-resolution field-emission scanning electron microscopy).

Για να πάρουμε μια αίσθηση του τί συμβαίνει μέσα στο γάλα:

Κάθε καζεϊνικό μικκύλιο αποτελείται από 5.000 έως 20.000 καζεΐνες, (αs1, αs2, β, και k – καζεΐνη).

Υπάρχουν 10¹⁴ – 10¹⁶καζεϊνικά μικκύλια ανά ml γάλακτος.

Η κ-καζεΐνη (κόκκινη γραμμή) αποτελείται από 2 τμήματα. Α) Το καρβοξυλικό [C-τελικό] τμήμα, της κ-καζεΐνης το οποίο περιέχει ένα πολύ υδρόφιλο, γλυκοζυλιωμένο, αρνητικά φορτισμένο τμήμα. Είναι γενικά αποδεκτό ότι το μεγαλύτερο μέρος (αν όχι ολόκληρο) από αυτό το υδρόφιλο τμήμα προεξέχει από την επιφάνεια του μικκυλίου, και προσδίδει στο καζεϊνικό μικκύλιο την εμφάνιση μιάς “τριχοειδούς” βούρτσας καθαρισμού. Αυτό το τριχοειδούς χαρακτήρα προεξέχων υδρόφιλο τμήμα έχει μήκος περίπου ~10nm και ακολούθως δημιουργεί ένα layer, πάχους 5–10 nm γύρω από τα μικκύλια. Β) Το αμινοτελικό [Ν-τελικό] τμήμα, της κ-καζεΐνης το οποίο έχει έναν ισχυρά υδρόφοβο χαρακτήρα, τοποθετείται στην επιφάνεια του καζεϊνικού μικκυλίου.

Τα καζεϊνικά μικκύλια κινούνται, αέναα μέσα, στο γαλάκτωμα, (μέσα στο γάλα).

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Ποιά είναι η κ – καζεΐνη

Η κατανομή, των καζεϊνών, δεν είναι η ίδια σε όλο το καζεϊνικό μικκύλιο.

Τα καζεϊνικά μικκύλια κινούνται αέναα μέσα στο γάλα, πλησιάζουν και ΄΄συγκρούονται΄΄ μεταξύ τους, και εμείς θα περιμέναμε να υπάρξει συσσωμάτωση ως αποτέλεσμα της έλξης, λόγω υδρόφοβων και άλλων αλληλοεπιδράσεων. Όμως είναι το υδρόφιλο τμήμα της κ-καζεΐνης το οποίο, παρεμποδίζει την περαιτέρω σύνδεση και την συσσωμάτωση των μικκυλίων. Αυτό οφείλεται Α) στην ηλεκτροστατική άπωση (electrostatic repulsion) και Β) στην στερεοχημική παρεμπόδιση (steric hindrance). Ηλεκτροστατική άπωση: Τα καζεϊνικά μικκύλια όταν πλησιάσουν σε κοντινή απόσταση, απωθούνται μεταξύ τους λόγω του ότι τα υδρόφιλα τμήματα της κ-καζεΐνης, φέρουν ομώνυμο αρνητικό φορτίο [ζ δυναμικό (zeta potential)] είναι ~−20 mV στους 20°C και σε τιμή pH 6.7]. Στερεοχημική παρεμπόδιση: Οι επιφανειακές στρώσεις των καζεϊνικών μικκυλίων δεν μπορούν να εισχωρήσουν η μία μέσα στην άλλη, καθώς για να συμβεί αυτό θα έπρεπε να συμπιεστούν κάτι το οποίο δεν ευνοείται ενεργειακά και επίσης η μοριακή τους αλληλοεισχώρηση είναι εντροπικά μη ευνοϊκή.

Η k – καζεΐνη βρίσκεται, κυρίως, στην επιφάνεια του μικκυλίου.

Αυτή η k – καζεΐνη σταθεροποιεί το μικκύλια και εμποδίζει, αυτά, τα μικκύλια, να συνενωθούν και να σχηματίσουν συσσωματώματα.

Στην ύπαρξη, της k – καζεΐνης, οφείλεται το ότι, τα καζεϊνικά μικκύλια δεν συσσωματώνονται, και το ότι, το γάλα δεν πήζει, ακόμα, και εάν εμείς προσθέσουμε Ca²⁺ , σε αυτό, το γάλα.

Η πυτιά περιέχει το ένζυμο της χυμοσίνης. Η χυμοσίνη (chymosin) (μπλέ γραμμή) είναι μία πρωτεάση (ένζυμο το οποίο επιδρά και διασπά τις πρωτεΐνες) και θα επιδράσει επιλεκτικά στον πεπτιδικό δεσμό μεταξύ των αμινοξέων **Φαινυλαλανίνη (Phe105)** και **Μεθειονίνη (Met106)** της κ-καζεΐνης. Βέβαια, στην θέση της χυμοσίνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανάλογα ένζυμα [πεψίνη (pepsin), μικροβιακές πρωτεάσες, φυτική ρενίνη (φυτικές πρωτεάσες), κ.α.].

Η k – καζεΐνη είναι μια πρωτεΐνη, η οποία αποτελείται από 169 αμινοξέα.

Ποιά είναι τα δύο τμήματα της κ-καζεΐνης, τα οποία, εμάς, μάς ενδιαφέρουν?

Αυτή, η πρωτεΐνη, δομικά, χωρίζεται σε 2 τμήματα.

Αρχικά, τα καζεϊνικά μικύλια απωθούνται μεταξύ τους.

Το 1^ο τμήμα, της κ-καζεΐνης, είναι το 1-105, (από το 1^ο αμινοξύ μέχρι το 105^ο).

Αυτό, το τμήμα, είναι υδρόφοβο, και τοποθετείται προς το εσωτερικό του μικκυλίου.

Αυτό, το 1^ο τμήμα, συνδέεται και αλληλεπιδρά με τις άλλες καζεΐνες,οι οποίες αποτελούν το καζεϊνικό μικκύλιο.

Τα ένζυμα της πυτιάς θραύουν την κ-καζεΐνη. Τί να θυμάμαι? Η πυτιά ”κόβει” την κ-καζεΙνη με τυχαίο τρόπο.

Το 2^ο τμήμα, της κ-καζεΐνης, είναι το 106-169, (από το 106^ο αμινοξύ μέχρι το 169^ο).

Αυτό, το τμήμα, είναι υδρόφιλο, [συνήθως, το τμήμα 106-169 περιέχει σύνθετες ομάδες σακχάρων εστεροποιημένες σε τμήματα του αμινοξέος θρεονίνη (Thr)].

Αυτό, το 2ο τμήμα, προεξέχει στο υδατικό περιβάλλον.

Έτσι, ευνοϊκές συνθήκες δημιουργούνται, και τα καζεϊνικά μικύλλια αρχίζουν να συσσωματώνονται μεταξύ τους.

Σε αυτό, το 2ο τμήμα, της κ-καζεΐνης, οφείλεται η σταθερότητα των μικυλλίων, του γάλακτος.

Πράγματι, το τμήμα 106-169, δεν επιτρέπει την συσσωμάτωση των μικυλλίων, λόγω, του φαινομένου της ηλεκτροστατικής άπωσης (electrostatic repulsion) και της στερεοχημικής παρεμπόδισης (steric repulsion).

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Πήξη του γάλακτος με την δράση των ενζύμων? Πώς γίνεται?

Προσθήκη πυτιάς στο γάλα τυροκόμησης. Δηλαδή, προσθήκη, στο γάλα, εκείνων των ενζύμων (πρωτεάσες), τα οποία θα προκαλέσουν, την θραύση του δεσμού Phe105-Met106. Τί να θυμάμαι? Αυτά, τα ένζυμα, δρούν καθόλη την διάρκεια, της ωρίμανσης, του τυριού. Αυτές, οι πρωτεάσες μπορεί να είναι η αιτία πικρών γεύσεων.

Εμείς ξέρουμε την πυτιά ως, μια ουσία, (είτε σε μορφή σκόνης είτε σε υγρή μορφή), την οποία, όταν, εμείς την ρίχνουμε στο γάλα, αυτή, η ουσία, προκαλεί το πήξιμο, του γάλακτος, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα.

Δείτε: 16 πράγματα τα οποία εσείς θα πρέπει να ξέρετε για την πυτιά

Οι τυροκόμοι, στο παρελθόν, χρησιμοποιούσαν μια πυτιά, η οποία προέκυπτε από τα εκχυλίσματα, των στομάχων, των μη απογαλακτισμένων μηρυκαστικών.

Το γάλα έπηξε, αλλά φαίνεται ότι το πήγμα δεν είναι ακόμα έτοιμο για διαίρεση.

Τώρα, οι πυτιές, στο εμπόριο, προέρχονται από φυτά ή από μικρόβια.

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? Τί ακριβώς συμβαίνει?

Όλοι οι τρόποι τυροκόμησης ξεκινούν με ένα βασικό πράγμα: ”Πώς εμείς θα καταφέρουμε να κάνουμε το γάλα να πήξει”

Δηλαδή, με ποιό τρόπο, εμείς θα ”αδρανοποιήσουμε” το 2ο τμήμα, της κ-καζεΐνης, ώστε, το γάλα να μπορεί να πήξει.

Αυτή η ”αδρανοποίηση”, του 2ου τμήματος, της κ-καζεΐνης, μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους.

Δείτε: Οι 3 ή οι 4 τρόποι με τους οποίους παρασκευάζονται τα τυριά όλου του κόσμου

Το 75%, περίπου, των τυριών, όλου του κόσμου, παρασκευάζεται, όταν, αυτή, η ”αδρανοποίηση” γίνεται με την δράση των ενζύμων.

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Όταν λέμε πυτιά, εμείς εννούμε τα πρωτεολυτικά ένζυμα

Η κάθε είδους πυτιά περιέχει ένζυμα, τα οποία θραύουν τον δεσμό, μεταξύ του 105^ου αμινοξέος, δηλαδή, της Φαινυλανίνης, [Phe] και του 106^ου αμινοξέος, δηλαδή, της Μεθειονίνης, [Met].

Συνήθως, στη βιβλιογραφία, αυτό, εσείς θα το συναντήσετε ως: Phe105-Met106.

Αυτά, τα ένζυμα αναφέρονται και ως πρωτεολυτικά ένζυμα.

Δηλαδή, αυτά, τα ένζυμα λύουν (διασπούν) τις πρωτεΐνες του γάλακτος.

Επίσης, στη βιβλιογραφία, εσείς μπορείτε να συναντήσετε, αυτά, τα ένζυμα και με τον όρο πρωτεϊνάσες ή πρωτεάσες.

Η διάσπαση, αυτή, της k – καζεΐνης αναφέρεται και ως υδρόλυση, επειδή, αυτή, η διάσπαση, γίνεται σε υδατικό περιβάλλον,

Να θυμόμαστε, πάντως, ότι η k – καζεΐνη δεν είναι η μόνη καζεΐνη, η οποία υδρολύεται, ως αποτέλεσμα, της δράσης, της πυτιάς.

Ας ανακεφαλαιώσουμε: Η πυτιά περιέχει πρωτεολυτικά ένζυμα, τις πρωτεάσες, οι οποίες υδρολύουν την k – καζεΐνη.

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Τί γίνεται μετά την διάσπαση της k – καζεΐνης?

Η διάσπαση, της k – καζεΐνης, οδηγεί στην δημιουργία της παρα-καζεΐνης, (το τμήμα 1-105), και του μακροπεπτιδίου (το τμήμα 106-169).

Αυτό, το τμήμα (δηλαδή το τμήμα 106-169), ονομάζεται, επίσης, και ως γλυκομακροπεπτίδιο [glyco macro peptide (GMP)], ή καζεϊνομακροπεπτίδιο (casein macro peptide).

Το μακροπεπτίδιο, (δηλαδή το τμήμα 106-169), αποκόπτεται, από το καζεϊνικό μικύλλιο και διαχέεται στην υδατική φάση του γάλακτος.

Σε αντίθεση, η παρα-καζεΐνη, (δηλαδή, το τμήμα 1-106) παραμένει συνδεδεμένη στο μικκύλιο.

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Γιατί υπάρχει απώλεια πρωτεϊνών κατά την τυροκόμηση?

Το μακροπεπτίδιο θα μεταφερθεί στο τυρόγαλα, και δεν θα ενσωματωθεί στην μάζα του τυριού.

Το μακροπεπτίδιο αποτελεί, περίπου, το 30% της k – καζεΐνης ή το 4-5% της συνολικής ποσότητας, της πρωτεΐνης, του γάλακτος.

Συνεπώς, θα πρέπει να γνωρίζουμε ότι, όταν, εμείς παρασκευάζουμε τυριά με ενζυμική διεργασία θα υπάρχει αυτή, η απώλεια της πρωτεΐνης.

Η απώλεια, αυτή, θα επηρεάσει την απόδοση σε τυρί (yield).

Δείτε: Πόσα κιλά γάλα απαιτούνται για ένα κιλό τυρί?

Στην περίπτωση, αυτή, το 3σδιάστατο δίκτυο, το οποίο δημιουργούν τα καζεϊνικά μικύλλια, αναφέρεται και ως: παρακαζεϊνικό δίκτυο, ή παρακαζεϊνική μήτρα.

Ο όρος παρακαζεϊνικό δίκτυο σχετίζεται με εκείνο το 3σδιάστατο καζεϊνικό δίκτυο, το οποίο προκύπτει, όταν, το πήξιμο του γάλακτος πραγματοποιείται με ενζυμική διεργασία.

Γιατί η πυτιά πήζει το γάλα? – Ποιά είναι τα στάδια πήξης του γάλακτος

Η πήξη, του γάλακτος, με την χρήση πρωτεολυτικών ενζύμων, (δηλαδή με την προσθήκη πυτιάς), μπορεί να θεωρηθεί ότι πραγματοποιείται σε 3 στάδια.

Στάδιο 1^ο – Θραύση του υδρόφιλου τμήματος, της k-καζεΐνης, και απελευθέρωση του καζεϊνομακροπεπτιδίου, (δηλαδή του τμήματος 106-169)

Κατά το στάδιο, αυτό, οι ιδιότητες στην επιφάνεια των καζεϊνικών μικκυλίων αλλάζουν α) μειώνεται το ζήτα δυναμικό (z potential), στην επιφάνεια, των μικκυλίων, από 20mV σε, περίπου, 10mV και, β) απομακρύνονται οι προεξοχές, οι οποίες δημιουργούσαν την στερεοχημική παρεμπόδιση.

Λόγω απομάκρυνσης, του καζεϊνομακροπεπτιδίου, η διάμετρος του καζεϊνικού μικκυλίου ελαττώνεται.

Αντίστοιχα, το ιξώδες του γάλακτος μειώνεται κατά 5%.

Το ιξώδες, του γάλακτος, παίρνει την ελάχιστη τιμή, όταν, το 60 με 70% της k-καζεΐνης έχει υδρολυθεί, (δηλαδή, όταν, το 60 με 70% των δεσμών, Phe105-Met106, θα έχει θραύσει).

Τα καζεϊνικά μικκύλια αρχίζουν να αποσταθεροποιούνται.

Στάδιο 2^ο – Ξεκινά ο σχηματισμός ενός 3 σδιάστατου δικτύου

Η σταθερότητα, των μικκυλίων, του γάλακτος, έχει, ήδη, μειωθεί σημαντικά.

Όταν, περίπου, το 85% (? η τιμή pH του γάλακτος θα καθορίσει, αυτό, το ποσοστό), της k-καζεΐνης έχει υδρολυθεί, τότε, τα μικκύλια μπορούν και συσσωματώνονται, σε μια θερμοκρασία, πάνω από τους 18°C, παρουσία ιόντων Ca ²⁺.

Δείτε: Χλωριούχο ασβέστιο στην τυροκόμηση – Όλα όσα θέλετε να ξέρετε

Στάδιο 3^ο

Συρρίκνωση και συναίρεση του πήγματος.

Δείτε περισσότερα:

The enzymatic coagulation of milk. Dalgleish, D. G. 1993. In cheese: Chemistry, Physics and Microbiology, 1,. (Ed. Pf Fox). London: Chapman and Hall.

Syneresis of rennet-induced milk gels as influenced by cheesemaking parameters. van den Bijgaart, H. J. C. M. 1988. PhD Thesis. Wageningen Agricultural Univ., Wageningen, the Netherlands.

Effects of pH, temperature, CaCl2 and enzyme concentrations on the rennet-clotting properties of milk: A multifactorial study. Najera, A. I., M. de Renobales, and L. J. R. Barron. 2003. Food Chem. 80:345–352.

Methods for the assessment of milk coagulation properties: A genetic analysis. Cecchinato, A.; Penasa, M.; De Marchi, M.; Cipolat-Gotet, C.; Bazzoli, I.; Cologna, N.; Bittante, G. J. Dairy Sci. 2011, 89, 705.