Kasein
Obsah boxu
Kasein je hlavní protein (bílkovina) obsažený v mléce savců. Tvoří přibližně 80 % veškerých bílkovin v kravském mléce a asi 20–45 % v lidském mléce. Nejedná se o jediný protein, ale o rodinu příbuzných fosfoproteinů. Jeho hlavní biologickou funkcí je transportovat esenciální aminokyseliny, vápník a fosfor z matky na mládě. V potravinářském průmyslu je kasein základní surovinou pro výrobu sýrů a tvarohu. Díky své schopnosti pomalého trávení je také populární jako doplněk stravy ve sportovní výživě.
🧪 Chemická struktura a vlastnosti
Kasein je fosfoprotein, což znamená, že na jeho molekuly jsou navázány fosfátové skupiny. Tyto skupiny hrají klíčovou roli v jeho struktuře a funkci, protože jsou schopny vázat velké množství vápenatých iontů. Kasein je relativně hydrofobní (odpuzuje vodu), což způsobuje, že se v mléce neshlukuje jen díky své specifické struktuře.
Jeho isoelektrický bod (pH, při kterém má nulový elektrický náboj) je přibližně 4,6. Při tomto pH se kasein stává nerozpustným a sráží se z roztoku. Toho se využívá při výrobě tvarohu a kyselých sýrů, kde se pH mléka snižuje činností mléčných bakterií.
Kaseinové micely
V mléce se kasein nevyskytuje jako volně rozpuštěná molekula, ale je organizován do složitých kulovitých struktur zvaných kaseinové micely. Tyto micely jsou v podstatě miniaturní transportní částice, které udržují vysokou koncentraci vápníku a fosfátu v tekuté formě a zabraňují jejich vysrážení.
Micela se skládá z menších podjednotek (submicel), které jsou tvořeny různými typy kaseinových molekul. Tyto podjednotky jsou drženy pohromadě pomocí tzv. nanoklastrů fosforečnanu vápenatého. Povrch micely je pokryt specifickým typem kaseinu, κ-kaseinem (kappa-kasein), jehož hydrofilní (vodu přitahující) část vyčnívá do okolního vodného prostředí a stabilizuje celou micelu, čímž brání jejímu shlukování. Právě na κ-kasein cílí enzym chymosin (součást syřidla) při výrobě sýrů.
🧬 Typy kaseinu
Rodina kaseinových proteinů se skládá z několika hlavních typů, které se liší svou strukturou a vlastnostmi. U kravského mléka jsou hlavními zástupci:
- αS1-kasein (alfa-S1-kasein): Nejhojnější typ kaseinu v kravském mléce. Je velmi citlivý na koncentraci vápníku a snadno se s ním sráží.
- αS2-kasein (alfa-S2-kasein): Podobný αS1-kaseinu, také citlivý na vápník.
- β-kasein (beta-kasein): Druhý nejhojnější typ. Je známý existencí dvou hlavních genetických variant, A1 a A2, které se liší v jediné aminokyselině. Některé studie naznačují, že trávení varianty A1 může u citlivých jedinců produkovat peptid (beta-kasomorfin-7), který je spojován s trávicími potížemi.
- κ-kasein (kappa-kasein): Ačkoliv je přítomen v menším množství, je klíčový pro stabilitu micel. Jeho rozštěpením enzymem chymosinem dochází k destabilizaci micel a srážení mléka, což je základní krok při výrobě většiny sýrů.
🥛 Biologický význam
Hlavní funkcí kaseinu je výživa mláďat. Poskytuje:
- Zdroj aminokyselin: Kasein je kompletní protein, obsahuje všechny esenciální aminokyseliny potřebné pro růst a vývoj organismu.
- Transport minerálů: Díky schopnosti vázat vápník a fosfor v micelách dodává tyto klíčové minerály v biologicky dostupné formě, nezbytné pro stavbu kostí a zubů.
- Pomalé trávení: V kyselém prostředí žaludku se kasein sráží a tvoří gelovitou hmotu. To zpomaluje jeho trávení a zajišťuje postupné a dlouhodobé uvolňování aminokyselin do krevního oběhu.
⚙️ Získávání a zpracování
Kasein se z mléka izoluje procesem srážení. Existují dva hlavní způsoby:
Srážení kyselinou
Snížením pH mléka na hodnotu 4,6 (isoelektrický bod kaseinu) dojde k neutralizaci záporného náboje na povrchu micel, což vede k jejich agregaci a vysrážení. Tento proces může probíhat:
- Přirozeně: Působením bakterií mléčného kvašení, které přeměňují laktózu na kyselinu mléčnou. Takto se vyrábí tvaroh a jogurt.
- Průmyslově: Přidáním anorganických kyselin, jako je kyselina chlorovodíková nebo kyselina sírová. Produktem je tzv. kyselý kasein.
Srážení syřidlem
Tento proces využívá enzymy, nejčastěji chymosin ze syřidla. Chymosin specificky štěpí κ-kasein na povrchu micel, čímž odstraní jejich stabilizační hydrofilní část. Destabilizované micely se poté v přítomnosti vápenatých iontů začnou shlukovat a vytvářet pevnou sraženinu (sýřeninu). Tento proces je základem výroby většiny tvrdých a polotvrdých sýrů. Produktem je tzv. sladký kasein nebo kaseinát vápenatý.
🧀 Využití
Kasein a jeho deriváty mají široké uplatnění v různých odvětvích.
Potravinářský průmysl
- Výroba sýrů a tvarohů: Základní a nejdůležitější využití.
- Doplňky stravy: Viz sekce Sportovní výživa.
- Potravinářská aditiva: Kaseináty (sodný, vápenatý) se používají jako emulgátory, stabilizátory a zahušťovadla v uzeninách, pečivu, instantních polévkách nebo zmrzlinách. Zlepšují texturu a vážou vodu.
- Náhražky sýrů: Kasein je klíčovou složkou mnoha imitací sýrů, kde nahrazuje dražší mléčný tuk rostlinnými tuky.
Průmyslové využití
V minulosti měl kasein významné technické využití, které bylo později z velké části nahrazeno syntetickými polymery.
- Lepidla: Kaseinová lepidla byla po staletí používána v truhlářství pro svou pevnost a odolnost vůči vodě (po zaschnutí).
- Plasty: Z kaseinu se vyráběl jeden z prvních plastů, známý jako Galalith (mléčný kámen). Používal se na výrobu knoflíků, šperků, per a dekoračních předmětů.
- Barvy: Kaseinové barvy jsou jedny z nejstarších typů barev, ceněné pro svou matnou texturu a trvanlivost. Používaly se pro nástěnné malby i jako umělecké barvy.
Sportovní výživa
Kasein je velmi populární jako doplněk stravy, zejména mezi sportovci a kulturisty. Jeho hlavní výhodou je pomalá stravitelnost.
- Micelární kasein: Je považován za nejkvalitnější formu, protože je izolován šetrnou metodou (mikrofiltrace) a zachovává si přirozenou micelární strukturu. Tráví se 6–8 hodin.
- Noční protein: Díky pomalému uvolňování aminokyselin je ideální pro konzumaci před spaním, kdy tělu poskytuje živiny po celou noc a zabraňuje tak katabolismu (rozpadu svalové hmoty).
- Pocit sytosti: Gel, který kasein tvoří v žaludku, přispívá k delšímu pocitu sytosti, což může být výhodné při redukčních dietách.
🩺 Zdravotní aspekty
Nutriční hodnota
Kasein je vysoce kvalitní, plnohodnotná bílkovina s vysokým obsahem esenciálních aminokyselin, zejména těch s rozvětveným řetězcem (BCAA). Je bohatý na vápník a fosfor. Jeho pomalé trávení zajišťuje stabilní hladinu aminokyselin v krvi.
Alergie na kasein
Alergie na mléčnou bílkovinu je jednou z nejčastějších potravinových alergií, zejména u dětí. Kasein je jedním z hlavních alergenů v mléce. Imunitní systém na něj reaguje jako na cizorodou látku, což může vyvolat širokou škálu příznaků – od kožních (ekzém, kopřivka) přes trávicí (bolesti břicha, zvracení, průjem) až po respirační (astma) a v krajním případě i anafylaktický šok.
Je důležité nezaměňovat alergii na kasein s intolerancí laktózy. Zatímco alergie je reakcí imunitního systému na bílkovinu, intolerance je neschopnost trávit mléčný cukr (laktózu) kvůli nedostatku enzymu laktázy.
🤔 Kasein pro laiky
Představte si mléko jako vodu, ve které plavou miliardy mikroskopických "balíčků". Každý takový balíček je kaseinová micela. Uvnitř těchto balíčků je bezpečně uložen vápník a fosfor, aby se v mléce jen tak volně nesrážely. Povrch balíčku je speciálně upravený (díky κ-kaseinu), aby se balíčky od sebe odpuzovaly a zůstaly rovnoměrně rozptýlené.
Když do mléka přidáte něco kyselého (např. citronovou šťávu nebo necháte mléko zkysnout), změníte prostředí a balíčky ztratí svůj ochranný obal. Začnou se lepit na sebe a vytvoří pevnou hmotu – sraženinu. To je přesně to, co se děje při výrobě tvarohu.
Při výrobě sýra se používá jiný trik: enzym ze syřidla funguje jako miniaturní nůžky, které odstřihnou "ochranné chloupky" (κ-kasein) z povrchu balíčků. Ty se pak také začnou spojovat a tvořit sýřeninu. Kasein je tedy v podstatě "stavební materiál" sýrů a tvarohů.