Cazeina, Principala Proteina din Lapte

Cuprins

Introducere

Capitolul 1

Studiu de literatură despre lapte

Cazeina din lapte

Cazeina și cazeinații din lapte

Capitolul 2

Separarea și izolarea cazeinei

Degradarea termică a cazeinei

Rezultate și discuții

Capitolul 3

Concluzii

Bibliografie

Cercetările abordate în cadrul lucrării de disertație Cazeina, principala proteină din lapte. Degradare termică s-au axat pe separarea și izolarea cazeinei și degradarea termică a acesteia prin metode TG-FTIR, TGA-DTG-DTA în atmosferă de aer și azot.

Lucrarea este structurată pe 3 capitole. În primul capitol:

S-a evidențiat comportamentul termic al cazeinei, principala proteină din lapte prin aplicarea tehnicii TG-FTIR.

A fost efectuat un studiu de literatură asupra laptelui și a proteinelor din lapte, punându-se accent pe cea mai importantă proteină care se gasește în proporția cea mai mare și anume cazeina.

S-au remarcat sturctura și proprietățile cazeinei și a cazeinaților și importanța acestora în industria alimentară.

Capitolul doi al lucrării de disertație acordă atenție rezultatelor experimentale originale și se concretizează în separărea și izolarea cazeinei din lapte și pe studiul comportamentului termic al cazeinei prin tehnica TG-FTIR.

Cercetarea este de mare interes datorită domeniului mare de aplicare în industria alimentară, cosmetică și farmaceutică.

Analiza comportamentului termic prin metode TG-DTG-DTA a permis determinarea intervalului de temperatură unde cazeina este stabilă termic.

Identificarea speciilor gazoase eliberate au permis, prin tehnica TG-FTIR să ofere informații despre impactul asupra mediului înconjurator pe care l-ar putea avea, când produsele care conțin cazeină sunt folosite la temperaturi peste limita normală de degradare a cazeinei.

Ultima capitol cuprinde concluziile și o bibliografia.

Introducere

Industria alimentară include o totalitate de ramuri industriale axate pe producția/fabricația de alimente sub diferite forme, fie finite sau semi-fabricate, precum și a produselor din tutun, săpunurilor și detergenților. Industria alimentară ca complexitate este strâns legată de agricultură ca furnizor și materii prime și de asemenea cu comerțul.

Industria alimentară participă la ridicarea nivelului de trai al populației. Industria alimentară concentrează toate fazele de transformare a materiilor prime. Cele mai importante ramuri ale industriei alimentare sunt:

Industria zahărului și a produselor zaharoase

Industria uleiurilor și grăsimilor

Industria cărnii si produselor din carne

Industria laptelui și produselor lactate

Industria de prelucrare a peștelui

Industria băuturilor, etc.

Rolul industriei alimentare este de a satisface clientul, de a îi oferi siguranță, de a oferi informații despre produs și de a menține viabilitatea comercială. În eficacitatea industriei alimentare un rol important îl are clientul, care dorește să cumpere, din motive de calitate si confort, în funcție de legea tării în care trăiește, în vederea îndeplinirii cerințelor legale de securitate și etichetare. Întrucât, de obicei este de așteptat ca industria alimentară să aibă un rol în educația nutrițională, acest rol revine profesioniștilor din domeniul sănătății, în timp ce industria trebuie să furnizeze informații complete și detaliate despre produs. Industria alimentară este foarte creativă atât prin inovația tehnologică cât și prin încercarea de a satisface cerințele consumatorilor.

Industria laptelui fabrică produse de mare valoare nutritivă cum ar fi: laptele pasteurizat, smântâna, chefirul, iaurtul, brânzeturile, etc.

Produsele lactate joacă un rol important în viața sănătoasă a milioanelor de oameni. În același timp, varietatea crescută a specialităților lactate oferă oportunități extraordinare de dezvoltare.

Principalele utilizări ale cazeinei și ale cazeinaților în industria alimentară

În industria laptelui, cazeinații și coprecipitații se utilizează pentru obținerea:

– înălbitorilor de cafea (coffee whitener sau coffe creamer) care reprezintă o smântână de imitație sub formă de pulbere, lichidă sau congelată;

– băuturilor aromatizate lactate (instant breakfast), care conțin2-4% cazeinat de sodiu ce este compatibil cub diferite arome;

– laptelui de imitație, ale căror componente nu sunt de origine lactată și care concurează laptele natural sau laptele modificat;

– brânzei Cottage (Cottage cheeses), care este brânză proaspătă suplimentată cu cazeinat, ceea ce permite reducerea conținutului de grăsime, consistența cremoasă a produsului fiind menținută;

– iaurtului, în care caz adaosul de cazeinați și coprecipitați se face în scopul creșterii conținutului de substanță uscată, respectiv de a îmbunătăți proprietățile de gelificare și vâscozitatea produsului și de a reduce sinereza (separarea de zer).

În industria cărnii se utilizează cazeinatul de sodiu, sub formă de emulsie, gel, pulbere, dispersie, la obținerea unor produse de carne, nivelul de încorporare fiind în funcție de felul produselor care se obțin și de scopul urmărit (proprietăți funcționale sau îmbogățire în proteine).

În industria cărnii se utilizează cazeinatul de sodiu cu vâscozitate normală (20-40 P-soluție de cazeinat 15% la 20oC) și cu vâscozitate mare (10000 P- soluție de cazeinat 15% la 20oC), în funcție de cantitatea de grăsime și de apă din sistemul ce trebuie stabilizat. Cazeinații sub formă extrudată se folosesc la obținerea analogilor de carne.

În industria patiseriei și biscuiților se utilizează cazeinații pentru capacitatea lor de hidratare și de reținere a apei. Cazeinatul de Ca se utilizează pentru obținerea unor produse dietetice cu conținut scăzut de Na.

În industria vinului, cazeina se utilizează pentru cleirea vinurilor, deoarece precipită în prezența alcoolului și acizilor din vin, precipitatul format antrenând particule grosiere, substanțele coloidale macromoleculare din vin (de exemplu, taninurile condensate). Cleirea cu cazeină este recomandată la tratamentul vinurilor albe îngălbenite, pătate și oxidate, deoarece se redă într-o oarecare măsură prospețimea gustativă fără a produce supracleire.

CAPITOLUL 1

GENERALITATI DESPRE LAPTE

Laptele, din punct de vedere organoleptic și fizico-chimic se prezintă sub forma unui lichid fiziologic de culoare albă, cu gust zaharat în care se găsesc emulsionate globule de grăsime, micele proteice suspendate și dizolvate, glucide, vitamine, precum și substanțe minerale. Globulele de grăsime și micelele proteice determină consistența opalescentă și culoarea albă a laptelui.

1.1 Însușirile organoleptice și fizico-chimice ale laptelui crud integral.

Însușirile organoleptice reprezintă ansamblul proprietăților laptelui percepute prin simțuri. Aceste proprietăți se exprimă prin declanșarea de stimuli mai mult sau mai puțin intensivi sub efectul culorii, mirosului, gustului, texturii, etc.

Proprietățile organoleptice sunt analizate cu ajutorul tehnicilor moderne și interpretate statistic.

Cunoașterea însușirilor organoleptice ale laptelui are o semnificație deosebită pentru aprecierea calităților și defectelor laptelui.

Însușirile organoleptice care interesează sunt urmatoarele: culoarea, aspectul, consistența, mirosul, gustul, textura și gradul de impuritate.

Culoarea laptelui este albă, însă cu nuanțe diferite în funcție de următorii factori:

– specia de animale (laptele de vacă are culoare albă, cu o nunață ușor galbenă, laptele de oaie și bivoliță – culoare albă-mat, datorită conținutului ridicat de proteine și grăsime, iar laptele de capră are culoare albă, cu nuanță gălbuie mai slabă);

– sezon (în sezonul de pășunat, culoarea laptelui este gălbuie sau crem deschis, datorită ingerării de catre animalele de lapte a carotenului din furajele verzi)

Culoarea albă este imprimată, în primul rând, de cazeină și albumină, care se găsesc în stare coloidală și în al doilea rând, de globulele de grăsime aflate în stare de emulsie.

Aspectul reprezintă felul de prezentare al laptelui. Laptele crud integral (normal) se prezintă ca un lichid omogen, opalescent, fără corpuri străine, vizibile în suspensie și fără sedimente. Această proprietate este dată, pe de o parte de substanțele componente ale laptelui si pe de altă parte, de starea lor de dispersie în masa laptelui.

Aspectul laptelui permite aprecierea prospețimii și igienei sale (laptele învechit și mamitic are un aspect neomogen).

Consistența reprezintă gradul de densitate, de tărie, de vâscozitate a laptelui.

Laptele crud integral (normal) se caracterizează prin consistență fluidă, fără a fi vâscoasă, filantă sau mucilaginoasă.

Această proprietate evidențiază starea de sănătate a ugerului animalelor exploatate pentru lapte și calitatea igienică a laptelui.

Mirosul reprezintă emanația plăcută pe care o exală laptele, respectiv senzația pe care o produc substanțele volatile chimice (alcooli, aldehide, acizi, cetone, gaze) asupra simțului olfactiv.

Gustul. În general, se disting patru gusturi fundamentale în funcție de prospețime și natura produsului lactat (dulceag, acidulat, sărat si amar). Laptele proaspăt integral are gustul specific – usor dulceag (senzația dulce este dată de lactoză) și aroma caracteristică speciei de la care provine (aceasta este emanația unor substanțe plăcut mirositoare, cu acțiune asupra gustului).

Textura reprezintă dispersia componentelor laptelui, constituind lichidul, cu proprietățile sala particulare.

Această noțiune este legată în special de cea de consistență. Se utilizează în mod deosebit în aprecierea produselor lactate fermentate, a brânzeturilor și produselor lactate grase.

Gradul de impurificare reprezintă starea a ceea ce este pur sau impur (curațenie sau lipsa de curațenie a laptelui). Aprecierea acestuia se face prin proba lacto-filtrului.

Prezența impurităților în lapte indică lipsa de igienă, determinată de cauze care acționează atât înainte de muls, cât si după muls.

Laptele crud integral trebuie sa fie curat, lipsit de impurități.

1.2 Proprietațile fizice ale laptelui.

Cunoașterea acestora are importanță practică și anume:

Permite aprecierea calităților laptelui în raport cu cerințele standard.

Asigură posibilitatea depistării neajunsurilor manifestate atât în exploatarea animalelor de lapte, în special în privința alimentației și a celor bolnave, cât și în privința falsificării laptelui.

În aprecierea laptelui interesează următoarele proprietăți fizice: densitatea, vâscozitatea, opacitatea, presiunea osmotică, punctul de congelare, punctul de fierbere, aciditatea, conductivitatea electrica, punctul de congelare, punctul de fierbere, aciditatea, conductivitatea electrica, căldura specifică, indicele de refracție, tensiunea superficială și temperatura. FAO prezint ă caracteristicile fizice ale laptelui de vacă în Tabelul 1.

Tabelul 1.1

Caracteristicile fizice ale laptelui de vacă

Densitatea constituie un criteriu pentru aprecierea calității valorii comerciale a laptelui la livrare. În plus, cunoașterea valorii densității normale a laptelui poate să evidențieze abateri față de cerințele standard, unele falsificări. În acest caz trebuie să se corijeze valoarea densității cu cea a grăsimilor din lapte.

Vâscozitatea reprezintă fenomenul frecării interioare a moleculelor laptelui care curge. Această proprietate este imprimată de starea în care se găsește grăsimea și cazeina.

Opacitatea reprezintă netransparența laptelui. Această proprietate depinde de conținutul de particule în suspensia de grăsime, proteine și anumite săruri minerale.

Presiunea osmotică este determinată de numărul de molecule sau particule din lapte. Componentele au presiuni osmotice diferite, astfel: lactoza 3,0 atm., clorurile și sarea 1,33 atm. și alte săruri 2,42 atm. Laptele are presiunea osmotică totala de 6,78 atm., din care presiunea osmotică a lactozei reprezintă 46%.

Aciditatea reprezintă gradul de concentrare a soluțieimotice diferite, astfel: lactoza 3,0 atm., clorurile și sarea 1,33 atm. și alte săruri 2,42 atm. Laptele are presiunea osmotică totala de 6,78 atm., din care presiunea osmotică a lactozei reprezintă 46%.

Aciditatea reprezintă gradul de concentrare a soluției acide din lapte și se exprimă prin pH sau aciditate titrabilă. Aceasta depinde de concentrația în ioni de hidrogen (H+); pH-ul constituie concentrația de ioni de hidrogen din lapte. Valoarea pH-ului unei soluții sau produs reprezintă aciditatea existentă (adevărată). Laptele normal constituie o soluție moderat acidă cu un pH mediu de 6,6 și temperatura de 25°C.

Aciditatea titrabilă din lapte este dată de totalitatea ionilor hidroxili (OH) din soluție, care cresc pH-ul din lapte până la 8,4. La rândul ei, aciditatea titrabilă se poate exprima prin: grade Soxhlet Henhel (SH), grade Thörner (°T), grade Dornic (oD).

Punctul de congelare (crioscopic) reprezintă temperatura la care se produce înghețarea laptelui (-0,52o…- 0,59o C). Laptele își modifică punctul de congelare în funcție de tratamentul termic aplicat și de presiunea osmotică.

Punctul de fierbere. Laptele trece în stare de vapori, prin clocotire în toată masa sub acțiunea căldurii, în condițiile unei presiuni normale, la temperatura de 100,55°C.

Această proprietate are o semnificație deosebită în depistarea falsificărilor laptelui prin adaos de apa.

Căldura specifică reprezintă numărul de calorii necesare pentru a ridica cu un grad temperatura unui gram de lapte. Laptele are căldura medie specifică de 0,94 cal/g/grad. Conductibilitatea termică reprezintă proprietatea laptelui de a transmite căldură. Cunoașterea conductibilității termice a laptelui este necesară, pe de o parte pentru a depista mastitele (rezistență specifică ridicată), iar pe de altă parte, falsificările laptelui.

Indicele de refracție reprezintă raportul dintre viteza de propagare a radiațiilor luminoase sau a undelor în mediul în care provin și viteza de propagare în mediul în care pătrund.

Tensiunea superficială reprezintă forța care se exercită la suprafața de contact a laptelui cu aerul. Laptele integral (normal) are tensiunea superficială de 47 – 53 Dyne/cm. Și prin acest parametru se pot identifica falsificările laptelui. Astfel, adaosul de apă în lapte mărește tensiunea superficială, atingând nivelul de 73 Dyne.

Temperatura. Acestea variază în funcție de specie (temperatura maximă la livrare trebuie să fie de 14o C pentru laptele de vacă și bivoliță și de 15o C pentru laptele de capră si oaie).

Compoziția biochimică a laptelui

Compoziția biochimică a laptelui variază în funcție de o serie de factori, care depind de animal (specie, rasă, starea de sănătate, timpul scurs de la fătare, nivelul producției), de condițiile de întreținere (alimentație, muls) și de mediul ambiant (sezon, climă, temperatură, umiditate, curenți de aer). Principalii parametrii biochimici ai laptelui de vacă sunt redați în tabelul 1.1

Tabelul 1.2

Principalii indici biochimici caracteristici pentru laptele de vacă

Laptele are o valoare calorică redusă, de 67 calorii la 100 ml lapte, deci aportul său energetic în alimentație este mic.

1.4 Componente azotate

Componentele azotate, partea cea mai complexă din lapte pot fi clasificate în funcție de comportarea față de diferiți agenți precipitanți în protide și substanțe azotate neproteice.

Protidele reprezintă 95% din totalul componentelor azotate din lapte și sunt reprezentate de cazeine și proteinele din zer (lactalbumină, lactoglobuline și proteoz-peptone).

În tabelul 1.2 este redată compoziția medie și distribuția protidelor din laptele de vacă.

Tabelul 1.3

Compoziția și distribuția protidelor din laptele de vacă – valori medii –

Laptele de vacă conține și substanțe azotate neproteice (între 5-6%), cum ar fi uree, creatinină, acreatină, hipoxantină, aminoacizi liberi, amoniac și vitamine din grupul B.

Protidele din lapte reprezintă o sursă importantă de proteine alimentare depășite numai de carne și produsele din carne.

Cazeinele reprezintă aproximativ 80% din totalul protidelor din laptele crud de vacă. Din punct de vedere chimic, cazeinele sunt fosfoproteide care au ca grupare prostetică fosforilserina sau fosforiltreonina.

Grupul de fosfoproteide predominante în lapte (α,β,Y,K – cazeinele) se cunoaște sub denumirea de cazeină. Cazeinele αs, β, K au masa moleculară în jur de 25.000. Cazeina K conține și o proporție mică de glucide. Compoziția cazeinei din laptele crud de vacă este redată în Tabelul 1.3.

Tabelul 1.4

Compoziția medie a cazeinei din laptele de vacă

Compoziția cazeinei variază în funcție de specie. Astfel, cazeina din laptele de vacă are un conținut mai scăzut de cisteină, respectiv de sulf și de glucide, comparativ cu laptele uman. Cazeina din laptele de oaie se remarcă prin conținutul scăzut de acid sialic. Cazeinele formează ușor polimeri alcătuiți din sute sau chiar mii de molecule individuale, identice sau diferite cu grupări ionizabile, zone hidrofile și zone hidrofobe care le conferă proprietăți speciale. Polimerii cazeinei formează soluții coloidale.

Laptele conține micele de cazeină (aproximativ 90%) și mici agregate de cazeină solubilă (aproximativ 10% sub forma de săruri de calciu). Micelele de cazeină au formă de particule sferice cu dimensiuni cuprinse între 50 și 100 mμ., în funcție de specie. Între micelele de cazeină și cazeina solubilă se stabilește un echilibru dependent de concentrația ionilor de calciu. La o concentrație mare de ioni de calciu, echilibrul se deplasează în sensul formării de micelii, prin scăderea concentrației de ioni de calciu, micelele de cazeină trec în agregate solubile. Componentele cazeinei pot fi separate prin electroforeză sau ultracentrifugare.

La pH izoelectric de 4,5 – 4,7 cazeina precipită.

La pH 7 se separă α S -cazeină sub foră de polimeri cu masă moleculară mică, β -cazeina ca monomer și K-cazeina ca polimer cu masă moleculară foarte mare.

La pH 7, dar la temperatura de 37o C, în prezența ionilor da calciu, α S -cazeina coagulează, β -cazeina precipită, iar K-cazeina nu este afectată. Datorită acestei comportări, componentele cazeinei pot fi separate în condițiile amintite.

Până la atingerea unui raport de o moleculă K-cazeină/10 molecule de α S-cazeină, K-cazeina exercită un efect protector inhibând efectul precipitant al ionilor de calciu asupra α S si β -cazeină. K-cazeina joaca un rol important în coagularea laptelui. În prezență de cheag se rupe legătura peptidică dintre aminoacizii fenilalanină și metionină eliberându-se o glicopeptidă. Aceasta formează un complex micelar cu α – cazeina. În prezența ionilor de calciu, ansamblele micelare polimerizează și coagulează formând un gel (lapte prins). Viteza de coagulare si gradul de polimerizare cresc o dată cu creșterea acidității și a conținutului de cazeină și ioni de calciu din lapte. Formarea laptelui prins este însoțită de expulzarea unui lichid numit lactoser .

Proteinele solubile sunt proteinele din lactoser și reprezintă un amestec complex format din componente nedializabile care rămân în zer după precipitarea cazeinei la pH izoelectric sau în prezență de cheag. Proteinele solubile reprezintă cca. 20% din protidele totale ale laptelui de vacă.

Valoarea biologică a protidelor din lapte este determinată de aminoacizii constituenți si în primul rând, de aminoacizii esențiali furnizați din proteinele din alimentele ingerate de animal.

În tabelul 1.4 este redată compoziția în aminoacizi a cazeinei și a fracțiunilor proteice din laptele crud de vacă.

Tabelul 1.5

Compoziția în aminoacizi și a fracțiunilor proteice din laptele crud de vacă (în mg/100 g protide)

Substanțe azotate neproteice

Substanțe azotate neproteice reprezintă circa 5% din totalul substanțelor azotate din laptele de vacă. Din aceasta grupă fac parte ureea, creatina, creatinina, nucleotide, baze azotate, hipoxantina, aminoacizi liberi, amoniac, vitamine din grupul B, derivați ai glucidelor și ai fosfolipidelor. În tabelul 1.5 sunt inserate substanțele azotate neproteice din laptele de vacă.

Tabelul 1.6

Substanțe azotate neproteice din laptele de vacă

Conținutul de azot neproteic din lapte crește prin încălzirea la temperaturi mai mari de 50oC, când are loc degradarea componentelor protidice.

Enzimele proteolitice au capacitatea de a degrada proteinele din lapte rezultând astfel, animoacizi liberi constituenți. Nu toți aminoacizii astfel formați sunt folosiți ulterior de către organism.

Enzime

Biomolecule de natură proteică, enzimele din lapte își au originea în celulele epiteliale secretoare ale glandei mamare.

În laptele crud de vacă s-au pus în evidență peste 60 de enzime de diverse tipuri. Rolul lor nu este cunoscut în toate cazurile.

Pentru exemplificare, pot fi amintite următoarele oxido-reductaze:

sulfhidriloxidaze localizate în reticulul endoplasmatic;

xantinoxidaza care se găsește sub formă legată în complexele lipido-proteice din membrana globulelor de grăsime. Acțiunea sa favorizează râncezirea laptelui;

catalaze, legate slab de membrana globulelor de grăsime, care precipită o dată cu cazeina la coagulare;

lactoperoxidaza, se găsește în concentrație mare în laptele de vacă și este solubilizată în lactoser. În prezența apei oxigenate și a ionului cian (SCN-) are acțiune bactericidă, protejând mucoasele animalului,

superoxid – dismutaza – care este metal-enzimă și conține cupru și zinc, având efect inhibitor asupra oxidării lipidelor din membrana globulară.

Dintre hidrolaze, laptele de vacă conține:

lipaze care produc lipoliza grăsimilor membranate și sunt absorbite ireversibil de membrana globulelor grase. Lipazele plasmatice rămân în plasmă (laptele degresat după răcire);

proteaze care catalizează scindarea hidrolitică a proteinelor, cu formare de proteoz-peptone, peptide și în final, aminoacizi:

fosfataze care catalizează hidroliza esterilor acidului fosforic. În membrana globulelor de grăsime acționează fosfataza alcalină care are pH-ul optim egal cu 9, iar în lactoser există fosfatază acidă cu pH-ul optim egal cu 4,6 – 4,8.

amilaze care catalizează hidroliza poliglucidelor. Laptele de vacă conține α -amilază în cantitate mai mare și β-amilază în cantitate mai mică;

ribonucleaza care catalizează hidroliza acizilor ribonucleici.

Comparativ cu alte specii, laptele de vacă conține o cantitate mai mare de ribonuclează deși, în valoare absolută, această cantitate este relativ mică.

Lipide

Lipidele din lapte reprezintă componente importante, atât din punct de vedere nutritiv cât și organoleptic. Laptele de vacă crud conține aproximativ 35 g lipide/l sub forma unor mici globule cu diametrul 3-5 μm.

Globulele de grăsime sunt înconjurate de o membrană constituită din mono și digliceride, acizi grași, steroli, fosfolipide, glicolipide, proteine și caroteni. Membrana împiedică aglomerarea acestor particule care au aceeași încărcare electrică și astfel, sunt menținute în emulsie. Tratamente mecanice și termice sau acțiunea unor enzime care provoacă liza membranei favorizează dezmulsionarea.

Lipidele din laptele de vacă conțin 96,98% trigliceride și fosfolipide (preponderent fosfatidilcolină) 0,2-1%.

Laptele de vacă conține, de asemenea, 0,2- 0,4% steroli, în special colesteroli. Lipidele din laptele de vacă și localizarea lor sunt redate în tabelul 1.7.

Tabelul 1.7

Componenții lipidici din laptele de vacă și localizarea lor.

O parte din fosfolipide și steroli, ca și urme de acizi grași se găsesc emulsionate în lactoser.

Capacitatea mare de absorbție a lipidelor din lapte le conferă acestora rol vehiculant pentru substanțele liposolubile și din acest motiv, laptele nu este un antidot pentru otrăvuri liposolubile.

Trigliceridele sunt esteri ai glicerolului cu acizii grași identici sau diferiți.

Trigliceridele din globulele de grăsime conțin 60-70% acizi grași saturați, dintre care o proporție importanță o reprezintă cei cu puncte de topire ridicate, ca acidul miristic (p.t. = 54°C), acidul palmitic (p.t. = 62oC) și acidul stearic (p.t. = 70oC).

Acizii grași cu catenă scurtă, ca de exemplu, acidul butiric (p.t = – 8°C) și acidul capronic (p.t.= -3°C) sunt volatili și imprimă laptelui și produselor din lapte un miros particular.

.

Fosfolipidele sunt lipide complexe. În funcție de resturile de alcool pe care-l conțin în structura lor se clasifică în glicerofosfolipide care conțin glicerol și sfingolipide care conțin sfingozină. Concentrația foslolipidelor din laptele de vacă este de 0,33% (raportat la 3,88% grăsime).

Sfingolipidele din lapte sunt reprezentate în principal de lecitine, cefaline, fosfatildiserină și sfingomieline.Sterolii sunt alcooli policiclici și reprezentați în lapte de colesterol (0,3 -0,4%. raportat la grăsimea totală). Cea mai mare parte din colesterol se găsește în grăsimea laptelui esterificat cu acizi grași sub formă de colesteride. În asociere cu lecitinele, sterolii intervin în stabilizarea emulsiei de grăsime.

Colesterolul poate inhiba activitatea unor enzime ca de exemplu, lipazele, iar unii steroli din lapte sunt provitamine D, cum ar fi, ergosterolul, ce reprezintă provitamina vitaminei D3 cu acțiune antirahitică.

Glucide

Principalul glucid din lapte este lactoza. Laptele de vacă conține 45-50 g lactoză la litru, glucoza și galactoza libere (aproximativ 0,1 g/l), N-acetil glucozamină, N-acetil galactozamină și acizi sialici (urme).

Lactoza prezintă fenomenul de mutarotație. La 0oC într-o soluție de lactoză se stabilește echilibrul: 36% α-lactoză ↔ 68% β-lactoza

Lactoza este fermentescibilă. Sub acțiunea bacteriilor lactice se transformă cantitativ în acid lactic. Poate fi însă, substrat și pentru alte tipuri de fermentație.(5)

Lactoza, cazeina și proteinele din lactoser sunt componentele care, printr-o reacție Maillard, determină "înbrumarea" produselor lactate. Datorită compușilor intermediari și finali ai acestei reacții, gustul, mirosul, valoarea nutritivă a laptelui sunt modificate negativ (C. Bana. 1985).

În lapte apar și produși intermediari ai metabolismului glucidic. Laptele de vacă conține acid citric (2,1 g/l). Datorită formării de geluri ușor solubile cu ionii de calciu și magneziu, acidul citric favorizează absorbția acestora.

Alte glucide din laptele de vacă, deși în cantități mici, chiar urme, prezintă importanța din punct de vedere biochimic și biologic.

Vitamine

Laptele de vacă conține vitamine hidrosolubile și liposolubile Concentrația în vitamina A, acid folic, vitamina B12, riboflavină, tiamină, vitamina B6 și acid ascorbic este suficient de ridicată pentru a acoperi necesitățile organismului evitându-se astfel, îmbolnăviri prin carență.În tabelul 1.7 este redată compoziția vitaminică a laptelui de vacă.

Tabelul 1.7

Conținutul unor vitamine din laptele de vacă

Hormoni

Laptele de vacă conține hormoni. Activitatea lor este cunoscută, dar rolul acestor hormoni este mai puțin elucidat, în laptele de vacă s-au identificat hormoni estrogeni (60-200ng/l) prolactine (50μg/l), a căror concentrație scade pe măsură ce lactația progresează. Conținutul de progesteron (aproximativ 13 mg/1) este proporțional cu cel de lipide. Au mai fost puse în evidentă: prostaglandine, gonadotropine, tirotropină și poliamine. (Gyorgi și Zilichen, 1974).

Minerale

Elementele minerale se găsesc în lapte fie în soluție (lactoser) sau sub formă legată în fracțiunea insolubilă sau coloidală.Conținutul mineral al laptelui de vacă este redat în tabelul 1.8

Tabelul 1.8

Compoziția minerală a laptelui (g/l)

Unele elemente minerale se găsesc exclusiv sub formă de ioni (Na+, K+, Cl-), fiind foarte accesibile pentru organism. Alte elemente (calciu, magneziu, fosfor și sulf), se găsesc în fracțiunea solubilă a laptelui parțial sub formă liberă, ionizată (Ca2+, Mg2+), parțial sub formă de săruri nedisociate (calciu și magneziu) sau sub forme complexe (esteri fosforici și fosfolipide).

Calciul, magneziul, fosforul și sulful se găsesc în fracțiunea coloidală a laptelui asociate sau legate de micelele de cazeină. Fracțiunea coloidală salină a laptelui include cea 2/3 din calciu, 1/3 din fosfor și 1/3 din magneziu. Toate aceste minerale sunt, în general, legate de cazeină.

Distrugerea acestor echilibre prin încălzire sau presiune este accentuată de creșterea conținutului de calciu și diminuată prin reducerea acestui conținut.

1.11 Oligoelemente

Laptele mai conține o serie de elemente minerale în cantități foarte mici (micrograme, ppm), care au totuși importanță fiziologică și nutrițională.

Oligoelementele au putut fi puse în evidență datorită tehnicilor analitice moderne. În tabelul 1.9 este prezentat conținutul de oligoelementele din laptele de vacă.

Tabelul 1.9

Conținutul în oligoelemente al laptelui de vacă (μg/l)

1.12 Caracteristicile microbiologice ale laptelui normal

Laptele provenit de la un animal sănătos, muls aseptic este, în majoritatea timpului, este o calitate microbiologică bună (numărul de germeni este redus patogeni sub 5000/ml). Dar laptele constituie un mediu foarte favorabil pentru dezvoltarea microorganismelor datorită bogăției și variației sale în substanțe nutritive.

FAO apreciază că pe ansamblu, bacteriile, virusursle, drojdiile și mucegaiunle pot fi prezente în lapte, însă bacteriile au loc și rol predominant în microbiologia laptelui, drojdiile și mucegaiurile interesând produsele lactice fermentate, în special fermentarea brânzeturilor.

Microorganismele din lapte secretă enzime (reductaze, catalaze), care au rol deosebit de important pentru producerea fermentațiilor.

1.13 Valoarea nutritiva a laptelui crud

Concept. Valoarea nutritivă reprezintă capacitatea laptelui de a satisface cerințele organismului omului în energie și în substanțe, cu rol plastic și biostimulator și de a influența pozitiv starea de sănătate a consumatorului.

Valoarea nutritivă este dată, pe de o parte de valoarea sa energetică, iar pe de altă parte, de valoarea biologică.

Valoarea energetică. Aceasta este dată de energia degajată de lapte, cu ocazia combustiei lipidelor, glucidelor și proteinelor. Valoarea energetică se exprimă în calorii sau mai nou, în K- Jouli (1 KJ = 1000 Jouli și 1K = 4,187 KJ).

Valoarea biologică ( VB). Aceasta reprezintă în alimentație, rația de azot asimilată și reținută de organism pentru a acoperi cerințele azotate.

În plus, valoarea biologică a laptelui este dată și de raportul între fracțiunile proteice, compoziția în aminoacizi, în săruri minerale și în vitamine. Astfel, la laptele de vacă fracțiunile proteice sunt următoarele:

albuminice și globulinice 18%(45% β- lactoglobuline, 25% α- lactoglobuline și 12% serumalbumine și 5% globuline);

cazeina, care reprezintă 82 %, fracțiunea K- cazeină interesează în mod deosebit în fabricarea brânzeturilor. Laptele conține, de asemenea, 20 aminoacizi. Laptele asigură necesarul de proteină pentru copii în vârstă de până la 6 ani și 50- 60% pentru tineretul în vârstă de până la 20 de ani. Consumându-se 250 ml lapte/zi se asigură întregul necesar de leucină, izoleucină, lizină, trionină, valină și 50% din necesarul de metionină, fenil- alanină și triptofan.

Valoarea biologică ridicată a laptelui este întregită și de prezența sărurilor minerale și vitaminelor, care au rol plastic ca și proteinele și biostimulatorii.

Vitaminele (A se găsește 0,37 mg/l, B1, B2 și B6, care se găsesc în cantități relativ mari, respectiv de 0,42- 1,72 mg/l) satisfac în bună măsură cerințele consumatorului. Astfel consumarea unui litru de lapte asigură întregul necesar de vitamine din grupul B și 40-80% din cel de vitamine A pentru copii, iar pentru adulți asigură necesarul în proporție de 30%. În schimb laptele este mai sărac în vitaminele D (0,0008mg/l) și C (89 mg/l).

În consecință, laptele constituie o sursă alimentară importantă pentru vitamina B2, asigurându-se în stare liberă sau cu fosfați și proteine, intervenind în fenomenele de oxido-reducere, având ca rezultat distrugerea vitaminei C și apariția gustului și aromei dezagreabile.

Atât valoarea energetică cât și cea biologică sunt condiționate de compoziția chimică a laptelui, care diferă în funcție de specie.

Tabelul 1.10

Dată fiind importanța cazeinei, menționez valorile medii întâlnite la diferite specii de animale: 2,6% la vacă, 3,5% la bivoliță, 2,4% la capră și 4,6% la oaie.

2. CAZEINA DIN LAPTE

2.1 Introducere

Cazeina este o fosfoproteidă prezentă în lapte sub forma unui precursor cazeinogenul. Acesta se transformă în cazeină prin acidulare. În lapte se află sub formă de cazeinat de calciu solubil. Pentru precipitarea cazeinei se realizează acidularea laptelui (pentru cazeină pH-ul este 4,6).

Cantitativ cazeina reprezintă circa 80% din totalul proteidelor din laptele de vacă (în circa 4% din masa totală sunt proteide).

Structural cazeina nu prezintă omogenitate. Astfel prin electroforeză se izolează trei fracțiuni α-, β-, și γ- caseine în proporție de 75:20:5. molecula de caseină este formată din mai multe catene polipectidice a căror legare, probabil se realizează prin: grupările aminice din poziția ε lisinei – (Lys- ε- NH2 ) – ; punțile fosfodiesterice dintre două catene vicinale.

Astfel, spre exemplu, între două catene A și B se poate forma o punte de acid pirofosforic:

Catena A Catena B Catena A Catena B

PO2H ― OH + HO ― PO2H PO2H ― O ― PO2H

-H2O

Caseinele, diferă, ca și compoziție în funcție de proveniență (specie), perioada de recoltare a laptelui, metode de determinare etc. În toate cazurile însă sau identificat în copoziția elementară: azot 15,0%; fosfor 1,0%; sulf 0,6-1,2%. Dintre aminoacizi s-au izolat: Glu (peste 20%); Pro (peste 10%) și în cantități mai reduse: Lys, Tyr, Met, Trp.

2.2 Structura coloidă și proprietățile cazeinelor

Majoritatea, dar nu toate, proteinelor cazeinice există în stare coloidală cunoscută ca miceliul de cazeină. Pe lângă calciu și fosfat, miceliul mai conține citrat, fier, lipază și enzime plasmatice. Aceste micelii sunt mai degrabă poroase, ocupând 4 ml/g și 6-12% din totalul fracției volumice a laptelui.

În modelul submiceliului, se crede că există câteva mici agregate de cazeină integrală, conținând 10 până la 100 molecule de cazeină, numite submicelii. Se crede că există două tipuri diferite de submicelii: cu și fără k-cazeină. Aceste submicelii conțin un centru hidrofob și sunt învelite de un strat hidrofil. Cazeinmacropeptida hidrofilă se găsește sub forma unor peri fexibili. Fig.1. Structura miceliului de cazeină

Fosfatul de calciu coloidal (CCP) se comportă ca un ciment între sutele sau miile de submicelii care formează miceliul de cazeină. Legarea poate fi covalentă sau electrostatică. Submiceliile bogate în k-cazeină ocupă stratul de la suprafață. Stratul cu peri rezultat, cel puțin 7 nm, împiedică agregarea viitoare a submiceliilor prin repulsie sterică.

Prima reprezentare a miceliului de cazeină este modelul submiceliului de cazeină. Acest model s-a dedus din câteva modele anterioare. Este foarte dificil de imaginat exact cum arată miceliul.

Nu există o acceptare totală printre oamenii de știință asupra acestui model, unii susținând că el nu există sau are o structură mai rarefiată, probabil modelul “bol de spaghete”.

Următorul model a fost elaborat recent de Carl Holt și colaboratorii de la Hannah Research Institute – Scoția. Este o structură aproximativ sferică, foarte hidratată și cu particule mai libere. Această figură arată echilibrul între miceliu și ser la acidifiere și încălzire.

Fig.2. Modelul Carl Holt al submiceliului de cazeină

Următorii factori trebuie luați în vedere la evaluarea stabilității miceliului de cazeină:

rolul calciului: peste 90% din conținutul de calciu al laptelui integral este asociat într-un fel sau altul cu miceliul de cazeină. Îndepărtarea calciului duce la disocierea reversibilă a -cazeinei fără dezintegrarea miceliului. Adiția calciului duce la agregare;

legăturile de hidrogen: unele au rol în cazeinele individuale, dar nu multe deoarece proteinele cazeinice nu au structuri secundare;

legăturile S-S: alfa(s1)-cazeina și -cazeina nu au resturi de cisteină. Dacă vreo legătură S-S intervine în miceliu, aceasta nu este forța conducătoare la stabilizare;

interacțiunile hidrofobe: cazeinele sunt proteine hidrofobe și au rol în stabilitatea miceliului. Interacțiunile hidrofobe sunt foarte sensibile la temperatură;

interacțiunile electrostatice

forțele van der Waals

stabilizarea sterică: stratul cu peri interferează cu particulele apropiate;

conținutul de sare: afectează activitatea calciului și conținutul de calciu al miceliilor;

pH-ul: scăderea pH-ului duce la dizolvarea fosfatului de calciu, la pH 4,6 (punctul izoelectric) tot fosfatul este dizolvat și cazeinele precipită;

temperatura: la 4C -cazeinele încep să disocieze din miceliu, iar prin înghețare se produce un precipitat numit crio-cazeină;

încălzire: proteinele din zer sunt absorbite, alterând comportarea miceliului;

deshidratare: cu etanol, de exemplu, se ajunge la agregarea miceliilor;

Agregarea miceliilor de cazeină

Cazeinele sunt capabile de a agrega dacă suprafața miceliului este reactivă. Agregarea poate fi indusă în patru moduri:

chimozina sau cheagul sau altă enzimă proteolitică

acizi

căldură

gelificarea în timp

Coagularea cu enzime:

Cazeina suferă o precipitare fină și o hidroliză parțială. În primul stadiu, enzima desface legăturile din k-cazeină ducând la formarea cazeinmacropeptidei solubile, care difuzează din miceliu și a para-kapa-cazeinei, care este un peptid hidrofob distinct, care rămâne în miceliu. În al doilea stadiu, miceliile de cazeină formează un agregat. Aceasta se datorează scăderii respingerii electrostatice, datorită scăderii ph-ului. Pe măsură ce ph-ul se apropie de punctul izoelectric (ph=4,6) are loc agregarea cazeinei. Miceliile de cazeină au de asemenea o puternică tendință de a agrega și datorită interacțiunilor hidrofobe. Calciul asistă la coagulare creând condiții izoelectrice și comportându-se ca o punte între micelii. Stadiul al treilea al coagulării implică rearanjarea miceliilor după ce s-a format un gel.

Coagularea cu acizi:

Acidifierea duce la destabilizarea sau agregarea miceliilor de cazeină prin scăderea încărcării electrice până la punctul izoelectric. În același timp aciditatea mediului crește solubilitatea mineralelor, astfel că fosforul și calciul devin solubile. Miceliile de cazeină se dezintegrează și cazeinele precipită.

Coagularea produsă de căldură:

Cazeinele nu coagulează la cald ( e.g.: fieberea laptelui), asigurând chiar un rol protector lactalbuminelor și lactoglobulinelor. Coagularea proteinelor și parțial hidroliza acestora se produce sub acțiunea unor enzime proteolitice: chimoza (labfermentul) prezentă în stomacul animalelor tinere, pepsina prezentă și la animalele adulte.

Coagularea prin gelificarea produsă în timp:

Este un fenomen care apare la produsele sterilizate. După o perioadă de depozitare se produce o creștere bruscă a vâscozității însoțită de gelificarea vizibilă și agregarea ireversibilă a miceliilor în lanțuri lungi, formând un sistem tridimensional.

3. CAZEINELE ȘI CAZEINAȚII DIN LAPTE

3.1. Cazeinele

În laptele proaspăt cazeina se găsește sub formă de fosfocazeinat de calciu. Fracțiunile de cazeină din laptele de vacă sunt redate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1

Fracțiunile de cazeină din laptele de vacă

Sub acțiunea acizilor slabi și mai ales a acidului lactic ce rezultă din acțiunea bacteriilor caltice asupra lactozei, calciul și fosforul trec în formă coloidală, în formă solubilă până se atinge punctul izoelectric cu pH= 4,5-4,7 , când precipită cazeina. Prin acumularea în continuare a acidului lactic are loc atât demineralizarea totală a cazeinei precipitate, cât și acidifierea progresivă a produsului respectiv.

Precipitarea cazeinei are loc sub incidența următorilor factori:

– adăugare de acizi diluați;

– adăugarea de enzime coagulante;

– adăugarea de săruri ale metalelor grele pentru precipitarea în laborator a cazeinei folosind iodură de mercur, ferocianură de potasiu, acid pricric, acid folic, acid tricloracetic etc.

Precipitarea cazeinei prin adăugarea de acizi are loc la pH= 4,6 respectiv la atingerea punctului izoelectric, datorită modificării stărilor coloidale ale cazeinei odată cu scăderea pH-ului.

În laptele proaspăt, la un pH =6,6 cazeina se găsește sub formă de cazeinat de calciu și rămâne în soluție atâta timp cât între cazeină și calciu există un anumit echilibru. Prin adaos de acid se elimină o parte din calciul fixat și proteina destabilizată precipitată trecând în acid cazenic.

COO (COOH)n

Cazeină (Ca)n + ZnHCL Cazeină +nCaCl2 COO (COOH)n

Precipitarea poate avea loc și datorită acțiunii enzimelor coagulante (cheag, pepsină) care denaturează cazeina. Această precipitare este legată de prezența sărurilor de calciu în lapte și are loc astfel:

Cazeină + Enzimă coagulantă Paracazeină

Paracazeină + Săruri solubile de Paraczeinat de

calciu calciu precipitat

Procesul de coagulare cu aplicații importante în industria brânzeturilor, are loc în două faze. În primul rând enzimele acționează asupra moleculei de cazeină hidrolizând fracțiunea K – cazeină cu rol protector și apoi cele două fracțiuni și – cazeină, destabilizate se regrupează într-o rețea fixând ionii de calciu și precipitând sub formă de gel.

Încălzirea la temperatura de peste 64C reduce capacitatea de coagulare a laptelui deoarece o parte din sărurile de calciu precipită astfel, fiind necesar adaosul de clorură de calciu în laptele pasteurizat folosit la fabricarea brânzeturilor. Fiind un proces enzimatic, formarea acestui coagul este influențată, pe lângă prezența unei cantități suficiente de calciu și de anumite condiții de pH și temperatură.

Precipitarea cazeinei se produce și prin adăugarea unei anumite cantități de alcool. Acest proces are aplicații în stabilirea rapidă a prospețimii laptelui (proba cu alcool), deoarece concentrația de alcool necesară pentru a provoca precipitarea cazeinei este mai mică dacă laptele a suferit deja o acidifiere.

Precipitarea cazeinei are loc și sub acțiunea unor săruri ale metalelor grele, cu care formează complecși insolubili. Este folosită în special soluția de sulfat de cupru pentru îndepărtarea substanțelor proteice (defecare) și obținerea unui zer limpede care permite determinările refractometrice și dozarea laptelui.

Hidroliza cazeinei constă în ruperea parțială sau completă a legăturilor dintre aminoacizi și poate fi asemănată cu hidroliza proteinei.

La pH= 7 se măsoară cazeina s – cazeina sub formă de polimeri cu masa moleculară mică, – cazeina ca monomer și K – cazeina ca polimer cu masa moleculară foarte mare.

La pH = 7, dar la temperatură de 37C, în prezența ionilor de calciu, s – cazeina coagulează, – cazeina precipită, iar K – cazeina nu este afectată. Datorită acestei comportări, componentele cazeinei pot fi separate în condițiile amintite.

Până la atingerea unui raport de o moleculă K – cazeină /10 molecule de s – cazeina, K – cazeina exercită un efort protector inhibând efectul precipitant al ionilor de calciu asupra s si – cazeină. K – cazeina joacă un rol important în coagularea laptelui. În prezență de cheag se rupe legătura peptidică între aminoacizii fenilalanină și metionină eliberându-se o glicopeptidă. Aceasta formează un complex micelar cu s – cazeina. În prezența ionilor de calciu, ansamblele micelare polimerizează și coagulează formând un gel (lapte prins). Viteza de coagulare și gradul de polimerizare cresc odată cu creșterea acidității și a conținutului de cazeină și ioni de calciu din lapte. Formarea laptelui prins este însoțită de expulzarea unui lichid numit lactoser.

Sub acțiunea diferitelor microorganisme, cazeina, ca și celelalte substanțe proteice din lapte pot fi hidrolizate. Acest proces numit proteoliză are importanță deosebită în maturarea brânzeturilor și în funcție de gradul de hidroliză se formează substanțe azotate solubile.

Cazeina în formă pură se prezintă sub forma unei pulberi albe higroscopice, fără gust și miros. Greutatea specifică la 20C este de 1,259. Punctul izoelectric se află la un pH = 4,5-4,7 .

Proprietățile chimice ale cazeinei.

Cazeina dă reacții de culoare: reacții Biuret, Millon și xantoproteică. Proprietățile sale acide sunt mai pronunțate decât cele bazice, comportându-se ca un acid. Roșește turnesolul și descompune încet carbonatul de calciu cu obținere de bioxid de carbon. Cazeina este solubilă în apă în proporție de 0,2-2%. Este solubilă în soluții diluate de acizi, în soluții alcaline slabe și tari. Este ușor solubilă în soluții apoase ale sărurilor neutre.

Cazeina conține cantități importante de aminoacizi esențiali indispensabili ceea ce îi conferă o valoare nutritivă excepțională.

Compoziția în aminoacizi a cazeinei din laptele crud de vacă (în mg/100 g protide)

Raportul dintre azotul cazeinic și azotul total (înmulțit cu 100) se numește indicele cazeinic și are valoare normală la laptele de vacă de 80, dedus din relația:

0,420 – cantitatea de azot cazeinic (g) existent în 100 g lapte

0,525 – cantitatea de azot total (g) existent în 100 g lapte

Există două varietăți de cazeină: alimentară și de uz tehnic.

Cazeina alimentară uscată se prezintă ca o pulbere albă, amorfă, inodoră, insipidă, dar cu proprietăți nutriționale excelente, făcând-o ideală pentru aplicații medicale și nutriționale. Este utilizată în fabricarea: înălbitorilor de cafea, a iaurtului, a preparatelor din brânză, în fabricarea preparatelor farmaceutice.

Cazeina de uz tehnic are o culoare gălbuie, consistență granulară, miros de brânză. Este insolubilă în apă și alcool, dar solubilă în soluții de bicarbonați. Prezintă bune proprietăți de legare și se utilizează în manufactura hârtiei, a adezivilor, vopselelor, în fabricile de textile și cosmetice. Când cheagul enzimatic este utilizat în precipitarea cazeinei, rezultă o proteină cu un nivel ridicat de calciu. Cheagul de cazeină tehnică are bune proprietăți de legare și proprietăți de extrudare făcându-l ideal în manufactura nasturilor.

“Producerea cazeinei este ea însăși o știință” spune Huffman. Cazeinele contribuie la opacitate, solubilitate, stabilitate, dau produsului o ușoară aromă de lapte și un gust plăcut și lucrul cel mai important asigură legătura apă-grăsime, ceea ce face din ele cele mai comune sisteme emulsificatoare.

Micelele de cazeină au diametrul cuprins între 30 și 300 nm (media 150nm) și concentrația lor în lapte este de 1012 micele/ml lapte. Micelele în ansamblul lor sunt puternic hidratate (3,5-3,7 g H2O/g proteină). Micelele de cazeină sunt formate din subunități de cazeină, agregate în submicele.

Fiecare submicelă este formată din s1-, s2-, – și K- cazeină în raport 4:1:4:1.

K – cazeina se găsește la suprafața submicelelor care sunt legate între ele prin intermediul fosfaților de calciu coloidali. K – cazeina are caracter amfipatic, având o parte hidrofobică care reprezintă 2/3 din K – cazeină. Această parte hidrofobică este legată prin intermediul H2N – terminal și s1-, s2- și – cazeină precum și cu fosfat de calciu. Cealaltă parte a K- cazeinei ( 1/3 din K- cazeină) are o grupare C- terminală și este hidrofilică-anionică. Această parte a K – cazeinei orientată la exteriorul submicelei, prezintă numeroase grupări hidrofilice datorită glucidului din structura acestei părți a K – cazeinei. Cele două părți componente ale K- cazeinei sunt unite prin legătura peptidică fenilalanină 105- metionină 106. Datorită structurii menționate micelele de cazeină nu se pot asocia între ele deoarece :

– protuberanțele hidrofilice – anionice dau micelelor, în ansamblul lor, o încărcare electrică negativă cu un potențial de -10…-20 mV. Datorită repulsiei electrostatice dintre două micele încărcate negtiv este anulată atracția, ele rămânând dispersate în plasma laptelui.

-potuberanțele hidrofilice ale micelelor nu pot să se interpenetreze și deci și din acest motiv agregarea micelară nu este posibilă.

După agentul coagulant se pot obține următoarele tipuri de cazeine:

cazeina acidă, care este obținută prin precipitarea laptelui degresat cu un acid mineral (HCl, H2SO4) sau organic (acid lactic);

cazeina dulce, care rezultă prin acțiunea cheagului asupra laptelui degresat;

cazeina modificată (cu vâscozitate redusă), care este produsă prin tratarea laptelui degresat cu enzime proteolitice și un acid.

Produsul poate conține acidul utilizat la coagulare: lactic, citric, acetic, HCl, H2SO4, acid fosforic, în concentrație limitată de practica de fabricație. (C. Banu, Manualul inginerului de industrie alimentară – Valorificarea laptelui degresat).

Cazeinații

Sunt sărurile alcaline ale cazeinelor și posedă o mare solubilitate în apă, ceea ce le mărește gradul de utilizare în industria alimentară. Cazeinații se obțin din cazeină deshidratată parțial prin tratare cu săruri sau baze ale metalelor alcaline cum ar fi bicarbonatul de sodiu, hidroxidul de potasiu, hidroxidul de calciu.

Cazeinatul de sodiu uscat are o densitate mică. Prin măcinare în mori cu ace se micșorează dimensiunile particulelor și crește densitatea materialului uscat. Pentru limitarea aglomerării particulelor de cazeinat de sodiu se recomandă folosirea unor zaharuri solubile în apă și a unor agenți tensioactivi care realizează filme de protecție la suprafața particulelor de cazeinat.

Proprietăți nutriționale

Nu toate proteinele sunt la fel; compoziția lor diferă prin aminoacizii conținuți care la rândul lor redau valoarea nutritivă. In mod curent, proteinele vegetale au valoare nutritivă mai mică decât cele de origine animală: carne, oua, lapte. Cazeinatul de sodiu conține 8 aminoacizi esențiali considerați a fi indispensabili vieții. Astăzi, există un interes general in obținerea proteinelor de înalta calitate alimentara. Cazeinatul de sodiu suplimentează valoarea nutritivă a alimentelor.

Cazeinatul de sodiu este o proteină din lapte uscată sub formă de pulbere și utilizată in diverse aplicații farmaceutice și industria alimentară unde proprietățile sale de liant și emulgator sunt importante.

Proprietăți fizice :

Proprietățile fizice a cazeinatului, indică numeroasele aplicații in îmbunătățirea alimentelor.

Culoare: alb – gălbui

Aromă / Miros : lipsă

Mărimea particulelor : pulbere

Analiza microbiologică :

Conținut standard de metale < 20,000 / g

Coliformi < 10/g

E. Coli negativ

Drojdie de bere <100/g

Salmonella negativ

S. aureus negativ

Ambalare și condiții de păstrare: se păstrează in pungi de hârtie, pungi căptușite cu polietilenă. Se păstrează in loc răcoros și uscat.

Cazeinatul de calciu. Acesta se obține din cazeină acidă tratată cu Ca(OH)2. La obținerea cazeinatului de calciu trebuie avut în vedre că în soluție concentrată la pH =5,2- 6 și la o temperatură mai mare de 450C, cazeinatul de calciu poate forma gel, care nu mai poate fi uscat. Chiar în condițiile de dispersare a cazeinei acide în soluție de Ca(OH)2 la temperaturi scăzute se poate obține dispersii cu 28% substanță uscată. Având în vedere că nivelul de Ca din produs este limitat la 1- 1,5%, pentru a realiza un pH mai mare al soluției de dispersare (necesar creșterii concentrației de cazeinat) se adaugă hidroxid de amoniu.

Alte tipuri de cazeinați alimentari. Aceștia sau realizat prin solubilizarea cazeinei acide într-o soluție conținând săruri ale acizilor organici și /sau polifosfați. Aceste dispersii pot fi concentrate până la 20-30% substanță uscată și, prin urmare, pot fi uscate prin pulverizare mai economic.

La reconstituire se obține o dispersie care are turbiditate asemănătoare laptelui.

S-a obținut cazeinați și prin solubilizarea cazeinei acide într-o soluție conținând citrat de sodiu sau citrat de potasiu și carbonat de sodiu. Dispersia poate fi concentrată până la 20%. Asemenea cazeinați sunt recomandați în alimentația copiilor sugari.

Coprecipitații. Se obțin din laptele degresat prin precipitarea simultană a cazeinei și proteinelor serice (din zer). Procedeele de obținere a coprecipitaților utilizează însușirea pe care o au proteinele din lapte de a forma între ele complecși, prin acțiunea căldurii sau în prezența ionilor de calciu, respectiv prin combinarea ambelor mijloace.

Complexul care se formează prin influența căldurii în prezența unor anumite concentrații de CaCl2 include β- lactoglobulină și k-cazeină. Formarea complexului implică grupările –SH ale β- lactoglobulinei și grupările –SH ale k-cazeinei. Prezența k- cazeinei în timpul denaturării termice întârzie agregarea completă a β- lactoglobulinei în timp ce asocierea β- lactoglobulinei cu k- cazeina face să crească stabilitatea la căldură a cazeinatului coloidal.

Prin coprecipitare simultană a proteinelor din laptele degresat se realizează:

o creștere a gradului de recuperare a proteinelor din laptele degresat de la 80 la 95%;

o varietate de produse cu proprietăți funcționale diverse;

o îmbunătățire a valorii nutritive a produsului finit.

Cercetările efectuate au scos în evidență faptul că cel mai eficace agent pentru coprecipitarea proteinelor din laptele degresat este CaCl2 în proporție de 0,03-0,2%, această proporție depinzând de cantitatea de proteine și de aciditatea materiei prime. Conținutul de Ca din produsul finit poate fi controlat prin: nivelul de CaCl2 adăugat, durata de menținere la 90oC, pH-ul de precipitare. Recuperarea proteinelor din laptele degresat variază în limite cuprinse între 59-97%.

Se pot obține trei tipuri de coprecipitați:

cu un conținut redus de Ca (0,5-0,8%); dacă adaosul de CaCl2 este de 0,03%, preîncălzirea se face la 68oC, încălzirea la 91oC, cu menținerea la această temperatură timp de 15- 20 minute și precipitarea se face prin adaos de acid până la pH = 4,6;

cu un conținut mediu de Ca (~1,5%) prin adaos de 0,06% CaCl2, încălzire în două etape până la 910C și se menține această temperatură timp de 10-12 minute, urmată de precipitarea proteinelor la pH = 5,3 prin adaos de acid;

cu un conținut ridicat de Ca (2,5-3%), în care caz încălzirea laptelui degresat se face la 91oC și se menține această temperatură timp de 1-2 minute, după care se adaugă 0,2% CaCl2. în continuare se menține temperatura de 91 oC timp de 20- 25 secunde, precipitarea proteinelor având loc fără a mai fi necesară scăderea pH-ului prin adaos de acid.

Coprecipitații pot fi obținuți și prin folosirea ultrafiltrării laptelui degresat. De asemenea, coprecipitații se obțin și prin microfiltrare dacă membranele au pori cu Ф 0,1μm (se reține total cazeină și ~ 70-80% din proteinele serice). Acești coprecipitați sunt cunoscuți și sub denumirea de concentrate proteice din lapte iar după modul de obținere se observa că se poate folosi o singură tehnică de membrană (ultrafiltrarea) sau se pot folosi tehnici de membrană combinate (ultrafiltrarea și diafiltrarea).

3.3. Principalele utilizări ale cazeinei și cazeinaților în industria alimentară

În industria laptelui, cazeinații și coprecipitații se utilizează pentru obținerea:

– înălbitorilor de cafea (coffee whitener sau coffe creamer) care reprezintă o smântână de imitație sub formă de pulbere, lichidă sau congelată;

– frișcăi și cremelor (wiped toppings), produse care se prezintă sub formă de aerosol, lichidă, congelată, pulbere;

– băuturilor aromatizate lactate (instant breakfast), care conțin2-4% cazeinat de sodiu ce este compatibil cub diferite arome;

– laptelui de imitație, ale căror componente nu sunt de origine lactată și care concurează laptele natural sau laptele modificat;

– cremelor grase (dips)care servesc pentru asezonarea salatelor. Aceste creme grase, care sunt de fapt dressinguri, conțin 3-4% cazeinat de Na și pot fi aromatizate diferit în funcție de destinație;

– brânzei Cottage (Cottage cheeses), care este brânză proaspătă suplimentată cu cazeinat, ceea ce permite reducerea conținutului de grăsime, consistența cremoasă a produsului fiind menținută;

– iaurtului, în care caz adaosul de cazeinați și coprecipitați se face în scopul creșterii conținutului de substanță uscată, respectiv de a îmbunătăți proprietățile de gelificare și vâscozitatea produsului și de a reduce sinereza (separarea de zer).

În industria cărnii se utilizează cazeinatul de sodiu, sub formă de emulsie, gel, pulbere, dispersie, la obținerea unor produse de carne, nivelul de încorporare fiind în funcție de felul produselor care se obțin și de scopul urmărit (proprietăți funcționale sau îmbogățire în proteine).

În industria cărnii se utilizează cazeinatul de sodiu cu vâscozitate normală (20-40 P-soluție de cazeinat 15% la 20oC) și cu vâscozitate mare (10000 P- soluție de cazeinat 15% la 20oC), în funcție de cantitatea de grăsime și de apă din sistemul ce trebuie stabilizat. Cazeinații sub formă extrudată se folosesc la obținerea analogilor de carne.

În industria patiseriei și biscuiților se utilizează cazeinații pentru capacitatea lor de hidratare și de reținere a apei. Cazeinatul de Ca se utilizează pentru obținerea unor produse dietetice cu conținut scăzut de Na.

La obținerea sosurilor ”neutre” sau „acide”, cazeinații și-au găsit, de asemenea, utilizare, în care caz acidificarea se face după realizarea emulsiei.

În industria vinului, cazeina se utilizează pentru cleirea vinurilor, deoarece precipită în prezența alcoolului și acizilor din vin, precipitatul format antrenând particule grosiere, substanțele coloidale macromoleculare din vin (de exemplu, taninurile condensate). Cleirea cu cazeină este recomandată la tratamentul vinurilor albe îngălbenite, pătate și oxidate, deoarece se redă într-o oarecare măsură prospețimea gustativă fără a produce supracleire. Prin antrenarea polifenolilor condensați cazeina previne maderizarea vinurilor albe. În plus, cazeina este capabilă să absoarbă cantități mici de săruri din vinurile albe, în prealabil aerate. Cazeina se utilizează în proporție de 10-20 g/hl la vinurile albe sub formă de soluție apoasă, ușor alcalină (0,5% KHCO3).

Pentru cleire se poate utiliza și laptele integral (în special pentru îndepărtarea unor mirosuri accidentale: de petrol, de ulei mineral, etc, efectul dezodorizant fiind atribuit grăsimii), în proporție de 0,2-1 l/hl la vinurile albe precum și laptele degresat (în special pentru limpezire), în proporție de 0,2- 1 l/hl la vinurile albe.

CAPITOLUL 2

Separarea și Izolarea Cazeinei

În prima parte a acestui experiment, am izolat cazeina din lapte. Cazeina a fost separată ca un precipitat insolubil prin acidularea laptelui (care are un pH de aproximativ 6.6) la punctul izoelectric al cazeinei (pH 4.6). Lipidele care precipită împreună cu cazeina au fost eliminate prin dizolvarea în alcool. După separarea caseinei si îndepartarea grasimilor am separat si celelalte proteine solubile (lactoalbumina si lactoglobulina) prin denaturare și precipitare, în final în solutie rămânând numai lactoza. În a doua parte a acestui experiment, am realizat identificarea cazeinei prin efectuarea unor teste chimice cunoscute.

1.1 Izolarea cazeinei

Într-un pahar Erlenmeyer de 250-mL se introduc 50 ml lapte și se încălzește pe baie de apă la 400C sub agitare. Cand laptele atinge temperatura dorită, se scoate din baie și se adaugă sub agitare 1.5 ml acid acetic glacial. Se observă formarea precipitatului. Se agită înca 15 minute, apoi se filtrează printr-o panză de tifon. Se indepartează apa din precipitat presând cu ajutorul unei baghete. Precipitatul format se transferă într-un pahar uscat, iar filtratul se utilizează mai departe pentru izolarea lactozei.

Peste precipitat se adaugă 15 ml etanol. Se agită bine 10 minute, mărunțind precipitatul cât mai bine, apoi se lasă să se decanteze și se filtrează. Precipitatul se scoate pe o hârtie de filtru amplasată într-o placuță Petri și se lasă la uscat circa 15 minute, mărunțind din cand în când cu ajutorul unei spatule. Se cântareste produsul obținut și se calculează procentul de cazeină din lapte cu formula:

%cazeină= grame cazeină/ 50ml lapte x 100

Testul biuretului

Este unul din cele mai importante teste pentru proteine. Când o proteină reactionează cu sulfatul de cupru(II) testul pozitiv este dat de formarea unui complex de cupru care are culoarea violet. Testul este pozitiv pentru orice proteină ce contine două sau mai multe din urmatoarele grupe:

Mod de lucru: Într-o eprubeta se introduc 2 ml solutie de cazeină, se adaugă 5 picături de solutie NaOH 10% și 2 picături de soluție 5% CuSO4 și se agită bine.

Testul cu ninhidrina

Aminoacizii și proteinele care au o grupa amino liberă reactionează cu ninhidrina dând un complex albastruviolet.

Mod de lucru: Într-o eprubetă se introduc 2 ml suspensie de cazeină, se adaugă 5 picaturi de soluție de ninhidrină și se încalzeste la fierbere cu atenție timp de 5 min și se agită bine.

Degradarea termică cazeinei

Lucrarea se axează pe studiul comportamentului termic al cazeinei, principala proteină din lapte, prin aplicarea tehnicii TG-FTIR. Cercetarea este de un mare interes din cauza domeniului mare de aplicare în industria alimentară, cosmetică și farmaceutică.

Analiza comportamentului termic prin metodele TG-DTG-DTA permite constatarea intervalului de temperatură unde cazeina este stabilă termic. Indentificarea speciilor gazoase eliberate permit, prin tehnica TG-FTIR să ofere informații despre impactul asupra mediului înconjurător pe care l-ar putea avea când produsele care conțin cazeină sunt folosite la temperaturi peste limita normală de degradare a cazeinei.

Cazeina este principala componentă a laptelui de vacă (94%) și a fost atent studiată datorită largii utilizări în industria alimentară și nu numai.

Cele patru tipuri de cazeină sunt diferite din punct de vedere al greutății moleculare, după cum urmează:

αs1- cazeină: M= 23.000 (~38.49%)

αs2 – cazeină: M = 25.000 (~ 10.06%)

β – cazeină: M = 24.000 (~ 38.74%)

k – cazeină: MW= 19.000 (~ 12.57%)

Solubilitatea lor slabă este minimă la valori ale pH-ului între 4,6-4,8 denumit și punct izoelectric.

Structura chimică a cazeinei este cea a unui bloc bio-copolimer greu solubil în apă și foarte solubil atunci când se adaugă o bază.

Spre deosebire de cele mai multe proteine, arătând diferite structuri ale conformațiilor secundare si terțiare, cazeina are structură externă flexibilă caracterizată ca fiind aleatorie. Moleculele de cazeină nu formează cristale, care a fost luată ca dovadă a lipsei unei structuri tridimensionale bine definite și a unei structuri secundare instabile.

Cazeina este obținută din lapte prin precipitare, în prezența unui acid la pH 4.6. Cazeina pură este o pudră albă fără gust și miros. Poate fi, de asemenea, coagulată de unele enzime (pepside, cheag).

Studiul comportamentului termic al cezeinei a fost realizat in aer și în azot prin metoda TG-FTIR. Influența temperaturii asupra cazeinei a fost astfel urmată de metoda termică TG-DTG-DTA sub condiții non-izoterme, în corelație cu analiza calitativă a datelor pentru speciile gazoase (FTIR) eliberate de degradarea termică.

Analiza TG-DTG-DTA a indicat o degradarea a cazeinei în intervalul 30-900oC, pentru două domenii, în funcție de temperatură, unde rezultatele speciilor gazoase au fost de asemenea grupate: într-o reacție endotermă între 30-350oC și una exotermă între 350-900oC.

Spectrul FTIR al speciilor gazoase rezultate din degradarea cazeinei a scos în evidență specii gazoase precum H2O, CO, CH4, HNCO, CO2, NH3 în reacția endotermă și H2O si CO2 în cea exotermă. Aceste specii gazoase au fost evidențiate de analiza TG-FTIR, unde au fost indentificate în funcție de absorbanța lor specifică.

Experimental

Materiale: Cazeina în studiu a fost de 99% puritate (C – 47.82%; N2 – 13.86%, H2 – 6.96%)

Tehnica TG-FTIR: Analizatorul TG-FTIR constă dintr-un diamant TG/DTA (Perkin Elmer), o termo-balanță și un spectrometru FTIR, Spectru 100 (Perkin Elmer), prevăzut cu un TG-FTIR (Perkin Elmer) accesoriu de transfer de gaz cu o celulă de gaz de 100 mm lungime și ferestre KBr, încălzită la temperatura de 150oC. Spectrele FTIR au fost înregistrate la o lungime de undă între 700-4000 cm-1, o rezoluție de 4 cm-1 și o rată de scanare de 200 cm-1.

Un analizator de gaz G7 (Dominic Hunter) alimentează aerul uscat care intră în analizatorul TG-DTA cu un debit de 100 ml/min-1, precum azotul pentru purjarea camerei de analiză a FTIR. Analiza a fost realizată folosind 10mg de probă plasată într-un creuzet de platină, la o viteză de încălzire de 10K min-1 in intervalul de tempratură de 30-900oC.

DSC: Calorimetrul DSC Metler Toledo permite o estimare de mare precizie a căldurii, fie eliberată sau absorbită într-un proces fizico-chimic. Metoda DSC este aplicată pentru pentru caracterizarea materialelor, controlul calității, identificarea de substanțe sau amestecuri de substanțe, studii cinetice, etc. Aparatul a fost operat la temperatura de 100-550oC, cu o precizie de reglare a temperaturii de +0,02oC, cu o viteză de încalzire de 0,02-300oC min-1 si o viteză de răcire de 0,02-50oC min-1. Răcirea de la 100oC la 0oC se face prin sistemul intercooler, in 5 minute.

Rezultate si discuții

Curbele TG-DTG si DTA înregistrate pentru degradarea cazeinei în aer și azot sunt prezentate în Figura 1 respectiv Figura 2.

Figura 1. Curbele TG, DTG, DTA a degradării termice a cazeinei în atmosferă de aer.

Formele curbelor TG, DTG, DTA indică un mecanism complex de degradare a cazeinei în aer, în condiții de înregistrare, atunci când doua domenii se regasesc și anume un domeniu endoterm între 30-350oC și unul exoterm puternic între 350-900oC (Fig.1) care trebuie să fie identic cu cel sub atmosferă de azot (Fig.2) deoarece termogramele sunt identice în cadrul intervalului de temperatură 30-248oC.

Figura 2. Curbele TG, DTG, DTA a degradării termice a cazeinei în atmosferă de azot.

Degradarea termică a cazeinei in atmosferă de aer și sub atmosferă de azot are loc in patru respectiv cinci etape bine separate vizibile in ambele curbe TG-DTG și DTA.

În tabelul 1 și 2 sunt redate valorile caracteristice de la TG-DTA si DTA și anume temperatura caracteristică, pierderea de masă în fiecare etapă și natura termică a etapelor de degradare în aer și sub atmosferă de azot.

Datele din Talelul 1 indică o primă etapă de degradare între 46.3oC – 172.4oC, respectiv 45.5-176.0oC fiind aceeași temperatură și în aer și sub atmosferă de azot. Mai mult, în ambele cazuri valorile temperaturii și pierderile de masă sunt aproape identice. În plus această etapă este endotermă și temperaturile caracteristice de la DTA sunt apropiate de cele de la TG, DTG. Aceste temperaturi joase indică eliminarea apei reținute fizic in cazeină (4.60%). Stabilitatea termică a cazeinei este exprimată de temperatura inițială de degradare a etapei a doua, TioC, care este de aproximativ aceeași valoare în aer și în azot. Rezultă, astfel, că, cazeina este stabilă termic între 0-176.0oC un interval de temperatură în care cazeina conținută în produsele alimentare este corespunzătoare pentru a fi utilizată.

Tabelul 1. Valori caracteristice pentru TG-DTG

Ti°C = Temperatura inițială de degradare, Tm°C = Temperatura corespunzătoare picului maxim al analizei DTG, Tf°C = Temperatura finala a degradării termice, ∆T°C = Tf – Ti gama temperaturii de degradare.

Tabelul 2. Valori caracteristice pentru DTA în atmosferă de azot si aer si natura erapei termice

După cum a arătat Fig.1, Fig.2 și Tabelul 1 procentul de pierdere în greutate ale cazeinei în aer la temperaturi de 172.2 – 248oC este egal cu cel în atmosferă de azot, etapa fiind endotermică și are loc în același interval de temperatură. În domeniul exoterm de degradare în aer intermediarul rezultat în etapa a doua este ars, în timp ce sub atmosferă de azot un proces endoterm ușor se observă în intervalul 248 – 634oC

În urma analizei TG-FTIR ale speciilor gazoase indentificate în urma degradării termice a cazeinei în aer și în atmosferă de azot, se obține temperatura de absorbție. (Fig. 3 și Fig4.)

Figura 3. Dependenta temperaturii a absorbanșei IR a speciilor gazoase identificate (CO2, H2O, NH3, HNCO, CO) eliminate de degradarea termică a cazeinei in aer.

Indentificarea speciilor gazoase in urma analizei TG-FTIR au fost efectuate prin mijloace IR standard în concordanță cu absorbanța specifică. Spectrul FTIR obținut in urma degradării termice a cazeinei in aer, la 38.6 min (409 °C), este descries in Figura 3.

Așa cum s-a evidențiat în figura 3 și 4, speciile gazoase eliminate prin degradarea termică a cazeinei în aer în domeniul endoterm (30 – 248oC) sunt aceleași ca și în cazul degradării în atmosferă de azot cu următoarea ordine de evoluție: CO2, H2O, NH3, HNCO, CO. În domeniul exoterm, în atmosferă de aer sunt eliminate următoarele specii: CO2, CH4 și NH3.

Se poate observa ca CO2 și NH3 sunt eliminate simultan în intervalul 172.4 – 426oC, atât în aer cât și în azot, care ar indica legăturile finale slabe. O stabilitate termică intermediară este astfel formată sub atmosferă de azot, la 551.3oC în timp ce în atmosferă de aer intermediarul format la 425.8oC suferă o ordere termo-oxidativă cu formare de CO2, CO, H2O, NH3 și HNCO.

Figura 4. Dependenta temperaturii a absorbanșei IR a speciilor gazoase identificate (CO2, H2O, NH3, HNCO, CO, CH4) eliminate de degradarea termică a cazeinei în atmosferă de azot.

La început, CO2 este notat ca fiind eliminat simultan cu NH3 care ar putea sugera sfârșitul lanțurilor de cazeină [HOOC-R-NH2] pentru a se împărți în primul rând și apoi legăturile interne din moleculă când H2O, HNCO, CO se formează ca rezultat stabil intermediar la 640oC, care suferă ulterior o ardere intensă a CO2 și H2O ca produse principale.

Concluziile de mai sus sus sunt confirmate de spectrele 3D prezentate in Figurile 6 și 7.

Figura 6. Spectrul 3D obținut în urma Figura 7. Spectrul 3D obținut în urma

degradării termice a cazeinei în aer. degradării termice a cazeinei sub atmosferă de

nitrogen.

Curba DSC a Caseinei este prezentată în Figura 8. Analiza DSC a caseinei indică o dezvoltare a procesului endoterm in intervalul de temperatură 25-165oC cu o entalpie de 154.34 J/g. Alte tranziții fizice nu sunt observate. Domeniul de temperatură al procesului endoterm se observă a fi apropiat de cel al primei etape rezultată din TG-DTG (46.3 la 172.4 ° C) și DTA (42.1 la 180.7 ° C). Aceasta înseamnă ca apa reținută fizic în cazeină (4.6%) se elimină în timpul acestui proces, deoarece entalpia scazută este caracteristică pentru lanturile fizice.

Figura 6. Curba DSC a cazeinei

Analiza DSC confirmă rezultatele obținute în urma analizei TG-DTG-DTA pentru intervalul de temperatură 0-170oC.

CAPITOLUL 3

Concluzii

Am realizat un studiu de literatură despre lapte care cuprinde generalități și însușiri organoleptice și fizico-chimice.

Am precizat importanța și principalele utilizări ale cazeinei și cazeinaților în industria alimentară.

Am realizat separarea și izolarea cazeinei și identificarea acesteia prin efectuarea unor teste.

Am realizat degradarea termică a cazeinei în atmosferă de aer și azot cu ajutorul tehnicii TG-FTIR.

Analiza TG-DTG-DTA a degradării termice a cazeinei în aer și azot indică un mecanism complex de degradare.

Se observă două domenii de degradare, in aer și anume unul endoterm care este identic cu cel al degradării în atmosferă de azot și în cadrul aceluiași interval de temperatură si unul exoterm, care nu se regăsește în degradarea sub atmosferă de azot.

Temperaturile caracteristic indică că stabilitatea termică a cazeinei nu depinde de natura atmosferei de degradare.

Analiza TG-FTIR demonstrează că speciile gazoase de degradare emise sunt grupate în aceleași domenii care rezultă din analiza TG-DTG-DTA.

Identificarea speciilor gazoase au indicat faptul că aceeași specie a evoluat în cadrul domeniului endoterm al degradării în aer și în atmosferă de azot.

În acest domeniu de temperatură pierderile de greutate sunt, de asemenea, la fel, ceea ce ar fi un indiciu al aceluiași mecanism de degradare.

Bibliografie

A.O. Elzoghby, W.S. Abo El-Fotoh, N.A. Elgindy, Casein-based formulations as

promising controlled release drug delivery systems, J. Control. Release 153 (2011) 206–216.

Isac, V.; Teodoreanu, C.; Onu, A.; Nemtoi, Gh., Chimie fizica, Lucrari practice, Ed. Stiinta, Chisinau, 1995; p. 62.

Manualul inginerului chimist, vol II, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1952; pp 1960

Bourceanu, G. Fundamentele termodinamicii chimice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 2009; pp 153.

Mocanu, A. M.; Moldoveanu, C.; Odochian, L.; Paius, C. M.; Apostolescu, N.; Neculau, R. Study on the thermal behavior of casein under nitrogen and air atmosphere by means of the TG-FTIR technique. Thermochim. Acta. 2012, 546, 120-126.

Costel Moldoveanu, Lucia Odochian, Cristina M. Paius, Iancu Lorela, and Adriana Baiceanu, Study on the thermal behavior of casein in air, ACTA CHEMICA, 21, 31-46 (2013)

M.A. Vandelli, F. Rivasi, P. Guerra, F. Forni, R. Arletti, Gelatin microspheres crosslinked with d,l-glyceraldehyde as a potential drug delivery system: preparation, characterisation, in vitro and in vivo studies, Int. J. Pharm. 215 (2001) 175–184.

E.J. Cohn, J.L. Nendry, Studies in the physical chemistry of the proteins, J. Gen. Physiol. (1923) 521–554.

H.G. McAdie, Recommendations for reporting thermal analysis data, Anal. Chem. 39 (1967) 543.

C.M. Bryant, D.J. McClements, Molecular basis of protein functionality with special consideration of cold-set gels derived from heat-denatured whey, Trends Food Sci. Technol. 9 (1998) 143–151.

H.G. McAdie, Recommendations for reporting thermal analysis data, Anal. Chem. 39 (1967) 543.

Fox, P. F. Milk proteins: general and historical aspects. In: Advanced Dairy Chemistry, vol. 1: Proteins, Parts A&B; Fox, P. F., McSweeney, P. L. H., Eds.; Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2003; pp 1-48.

http://en.wikipedia.org/wiki/Milk

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20338421

.