Dùng bột whey làm bánh nướng ở nhiệt độ cao có phá hủy protein?

Nhiều người tập luyện thể thao thường có thói quen trộn bột đạm whey vào bột mì, yến mạch hoặc trứng để nướng bánh nhằm tăng lượng đạm hàng ngày. Tuy nhiên, không ít người e ngại mức nhiệt độ từ 160 đến 200 độ C trong lò nướng sẽ làm biến tính hoặc phân hủy hoàn toàn các chuỗi protein quý giá.

Thực tế, nhiệt độ cao không làm biến mất protein mà chỉ làm thay đổi cấu trúc không gian của chuỗi phân tử đạm. Mức độ suy giảm khả năng tiêu hóa hay hao hụt các axit amin phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc với nhiệt, độ ẩm và sự hiện diện của các thành phần đi kèm như đường hay độ pH của hỗn hợp.

Nỗi lo protein "chết" khi nướng bánh ở nhiệt độ cao

Trong cộng đồng thể hình, khái niệm "chết protein" thường xuyên được nhắc tới khi nói về việc đun nấu bột whey. Nhiều người tin rằng khi tiếp xúc với nhiệt độ lò nướng, bột whey sẽ bị vô hiệu hóa hoàn toàn giá trị sinh học và trở nên vô dụng đối với cơ bắp.

Về mặt hóa sinh học, protein là các chuỗi polypeptide dài được cấu tạo từ các axit amin liên kết với nhau qua liên kết peptide. Khi gặp nhiệt độ cao, các liên kết hydro và liên kết yếu duy trì hình dạng ba chiều của phân tử protein bị bẻ gãy, dẫn đến hiện tượng biến tính (denaturation). Quá trình này tương tự như việc lòng trắng trứng chuyển từ dạng lỏng trong suốt sang dạng đông đặc màu trắng khi luộc hoặc rán.

Sự biến tính này chỉ thay đổi cấu trúc vật lý chứ không phá vỡ hoàn toàn liên kết peptide cơ bản. Cơ thể người hấp thu đạm thông qua việc cắt nhỏ chuỗi protein thành các peptide ngắn và axit amin tự do nhờ các enzyme tiêu hóa. Do đó, việc biến tính đơn thuần không đồng nghĩa với việc giá trị dinh dưỡng của bột đạm bị triệt tiêu hoàn toàn.

Bản chất của biến tính: Protein có thực sự biến mất?

Hiện tượng biến tính nhiệt của protein thực chất là sự duỗi xoắn cấu trúc bậc ba và bậc bốn của phân tử đạm. Khi cấu trúc này mở ra, các vị trí liên kết peptide trước đây bị giấu bên trong có thể lại tiếp xúc trực tiếp hơn với môi trường xung quanh.

Một nghiên cứu năm 1977 đã đánh giá quá trình thủy phân bằng enzyme trypsin trên đạm whey đã biến tính vì nhiệt ^[1]. Kết quả cho thấy đạm whey bị biến tính và không tan trong nước đã được hòa tan hoàn toàn trở lại thông qua quá trình tác động của trypsin ^[1]. Tỷ lệ thủy phân đạt xấp xỉ 8% tổng số liên kết peptide trong phân tử protein ^[1]. Điều này chứng minh rằng việc biến tính bởi nhiệt không hề làm mất đi khả năng tiếp nhận enzyme phân giải của phân tử protein ^[1].

Tuy nhiên, nghiên cứu năm 1977 cũng chỉ ra rằng việc tiền xử lý biến tính đạm bằng nhiệt không giúp cải thiện thêm khả năng tiêu hóa so với đạm ban đầu ^[1]. Hầu hết các axit amin trong sản phẩm phân giải vẫn giữ nguyên liên kết peptide, ngoại trừ một phần lysine và arginine ^[1]. Do đó, nhiệt độ nướng thông thường làm thay đổi hình thái phân tử nhưng không làm "bốc hơi" hay phá hủy hoàn toàn giá trị cấu thành của đạm.

Nhiệt độ và thời gian: Yếu tố quyết định sự suy giảm axit amin

Mặc dù khung peptide chính vẫn tồn tại, việc xử lý nhiệt quá khắc nghiệt trong thời gian dài lại có thể gây hư hại cục bộ một số axit amin nhạy cảm. Điều này đặc biệt rõ rệt khi có sự tương tác giữa nhiệt độ cao, thời gian kéo dài và điều kiện độ ẩm.

Một công trình nghiên cứu năm 1991 đã kiểm tra tác động của nhiệt độ ở các mức 75, 100 và 121 độ C trong các khoảng thời gian 50, 500 và 5000 giây lên hỗn hợp đạm whey và đường lactose ^[2]. Khi đun nóng quá mức ở 121 độ C trong 5000 giây, một lượng đáng kể axit amin cystine đã bị phá hủy ở mọi mức hoạt độ nước ^[2]. Tình trạng này cũng làm suy giảm nghiêm trọng lượng lysine ở các mức hoạt độ nước 0,3; 0,5 và 0,7 ^[2]. Axit amin arginine cũng bị sụt giảm tại mức hoạt độ nước 0,5 và 0,7 ^[2].

Cũng theo nghiên cứu năm 1991, khả năng tiêu hóa protein bị sụt giảm có ý nghĩa thống kê khi nhiệt độ tăng từ 75 lên 121 độ C trong thời gian 5000 giây ^[2]. Khi thời gian gia nhiệt kéo dài từ 500 lên 5000 giây ở 121 độ C, độ tiêu hóa protein cũng giảm đi rõ rệt ^[2]. Xử lý nhiệt kéo dài còn làm giảm tính khả dụng sinh học của tất cả các axit amin tại các mức hoạt độ nước từ 0,3 đến 0,7, trong đó chịu ảnh hưởng nặng nhất là lysine, proline, axit aspartic, axit glutamic, threonine, alanine, glycine và serine ^[2].

Như vậy, yếu tố then chốt gây hư hỏng axit amin không chỉ đơn thuần là nhiệt độ chạm mức cao, mà là thời gian phơi nhiệt kéo dài liên tục hàng chục phút trong môi trường có các tác nhân phản ứng phụ.

Môi trường pH và đường ảnh hưởng thế nào đến độ tiêu hóa?

Khả năng tiêu hóa của bột đạm whey sau khi nướng phụ thuộc rất lớn vào môi trường hóa học của khối bột, bao gồm sự có mặt của đường khử và độ pH của công thức bánh.

Phản ứng Maillard giữa đường khử (như lactose) và nhóm amino tự do của protein (chủ yếu là lysine) là nguyên nhân chính dẫn đến sự giảm hấp thu dinh dưỡng. Một nghiên cứu công bố năm 2016 đã khảo sát hỗn hợp đạm whey và lactose được gia nhiệt ở 130 độ C ^[3]. Kết quả chỉ ra rằng việc hình thành các sản phẩm glycat hóa bền vững (AGEs) phụ thuộc mật thiết vào phản ứng glycat hóa và quá trình đông tụ protein ^[3]. Khi gia nhiệt trong điều kiện axit ở pH 5, sự hình thành các hợp chất liên kết sRAGE bị hạn chế đáng kể ^[3]. Đồng thời, độ tiêu hóa mẫu bột sấy khô ở pH 5 đạt mức 3,3 ± 0,2% đến 3,6 ± 0,1% trong giai đoạn tiêu hóa dạ dày và đạt 53,5 ± 1,5% đến 64,7 ± 1,1% trong giai đoạn tiêu hóa tá tràng ^[3].

Yếu tố độ kiềm cũng đóng vai trò quyết định cấu trúc đạm khi tiếp xúc với nhiệt. Một nghiên cứu năm 2022 đã đánh giá tác động của nhiệt độ ở các mức 30, 60 và 90 độ C trong các môi trường pH khác nhau từ 2 đến 13 trên đạm whey thương mại ^[4]. Kết quả cho thấy các biến đổi phân tử bất lợi như kết tụ, thủy phân, mất tính tan và suy thoái axit amin tích tụ chủ yếu khi kết hợp môi trường pH kiềm với nhiệt độ cao, gây sụt giảm rõ rệt độ tiêu hóa ^[4]. Ngược lại, trong môi trường trung tính hoặc axit, khả năng tiêu hóa của protein thực tế lại tăng lên theo mức tăng nhiệt độ, dù cấu trúc phân tử có sự biến đổi ^[4].

Quá trình phân giải trong dạ dày: Nghiên cứu thực nghiệm nói gì?

Khi đi vào hệ tiêu hóa, protein đã qua xử lý nhiệt sẽ phản ứng ra sao trước các dịch vị và enzyme dạ dày? Đây là câu hỏi được nhiều nghiên cứu mô phỏng tiêu hóa thực nghiệm làm sáng tỏ.

Một nghiên cứu năm 2016 về các hệ nhũ tương được ổn định bởi hạt vi gel đạm whey đã cho thấy rằng quá trình đông tụ do nhiệt tạo ra một mạng lưới bảo vệ làm chậm tốc độ tiêu hóa lipid ban đầu trước enzyme lipase và muối mật ^[5]. Tuy nhiên, khi đưa vào môi trường dạ dày mô phỏng có sự hiện diện của pepsin, mạng lưới bảo vệ này nhanh chóng bị phân giải thông qua quá trình thủy phân protein mà không bị cản trở bởi việc xử lý nhiệt trước đó ^[5]. Enzyme tiêu hóa của dạ dày vẫn hoàn thành nhiệm vụ cắt đứt các chuỗi đạm đông tụ.

Một nghiên cứu khác vào năm 2019 đã phân tích tính bền vững của protein sữa khi nướng bánh nướng xốp (muffin) ở nhiệt độ 180 độ C trong 10 phút ^[6]. Phân tích điện di protein cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về cấu hình protein giữa sữa bò thanh trùng thông thường và sữa nướng ở 180 độ C trong 10 phút khi không có khuôn nền thực phẩm ^[6]. Phân đoạn protein huyết thanh BSA (bovine serum albumin) nằm trong khoảng 50 đến 75 kDa thể hiện tính nhạy cảm cao với nhiệt độ nướng khi vệt protein mờ đi, trong khi các phân đoạn casein ở mức 25 đến 37 kDa lại bền vững hơn ^[6].

Về tốc độ hấp thu sau tiêu hóa, một nghiên cứu lâm sàng năm 2016 so sánh các loại đạm whey thủy phân ở các mức độ 23%, 27% và 48% đã cho thấy đạm whey luôn thúc đẩy nồng độ axit amin trong huyết tương tăng nhanh và cao hơn so với casein trong vòng 60 phút đầu sau ăn ^[7]. Dù mức độ thủy phân sẵn có khác nhau, tốc độ xuất hiện axit amin trong máu giữa các dòng whey thủy phân là tương đương nhau ^[7]. Cả bốn nhóm thử nghiệm đều có độ tiêu hóa rất cao, dù giá trị sinh học có xu hướng giảm nhẹ khi mức độ thủy phân ban đầu quá cao ^[7].

Những hiểu lầm phổ biến khi dùng whey làm bánh

Một trong những quan niệm sai lầm lớn nhất là nhiệt độ lò nướng 180 độ C sẽ truyền thẳng vào lõi bánh và phá hủy 100% protein. Trong ẩm thực, nhiệt độ lò nướng là nhiệt độ của khí nóng bao quanh, trong khi nhiệt độ bên trong ruột bánh hiếm khi vượt quá 100 độ C do có sự hiện diện của hơi ẩm và nước.

Nghiên cứu năm 2023 về hỗn hợp đạm sữa đã chỉ ra rằng các nguồn đạm whey khác nhau như whey ngọt và whey axit có độ bền nhiệt rất khác nhau ^[8]. Việc xử lý nhiệt trước đạm whey ngọt cùng sữa tách béo ở 85 hoặc 110 độ C thực tế còn giúp cải thiện độ ổn định nhiệt cho hệ protein ở các lần gia nhiệt tiếp theo ^[8]. Do đó, cấu trúc đạm không dễ dàng bị phá nát hoàn toàn như nhiều người suy diễn.

Hiểu lầm thứ hai là bánh làm từ bột whey bị khô cứng đồng nghĩa với việc protein đã biến chất độc hại. Độ khô xơ của bánh whey nướng là do đặc tính hút nước và đông tụ vật lý của các phân tử protein khi tạo gel nhiệt ^[5]. Hiện tượng này ảnh hưởng đến trải nghiệm vị giác hơn là việc triệt tiêu giá trị hấp thu axit amin của cơ thể.

Nhóm người nên thận trọng khi tiêu thụ bánh nướng từ bột whey

Mặc dù bánh nướng từ bột whey là món ăn tiện lợi để bổ sung dinh dưỡng, một số nhóm người vẫn cần lưu ý đặc biệt trước khi sử dụng thường xuyên.

Những người có tiền sử dị ứng với đạm sữa bò cần đặc biệt cẩn trọng. Quá trình nướng bánh ở 180 độ C trong 10 phút dù làm biến đổi phân đoạn đạm nhạy cảm như BSA nhưng không loại bỏ hoàn toàn các kháng nguyên protein sữa ^[6]. Thậm chí trong cấu trúc bánh nướng xốp, các phân đoạn dị ứng vẫn tồn tại và có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch nguy hiểm ^[6]. Do đó, người bị dị ứng đạm sữa không nên lầm tưởng việc nướng chín bánh sẽ loại bỏ được nguy cơ dị ứng.

Những người có vấn đề về tiêu hóa hoặc suy giảm chức năng dạ dày cũng nên chú ý. Khi đạm whey bị đun nóng ở nhiệt độ rất cao cùng với nhiều đường, phản ứng Maillard tạo ra các hợp chất biến đổi làm giảm khả năng giải phóng enzym của các axit amin tự do ^[2]. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng đầy bụng, khó tiêu hoặc giảm hiệu suất hấp thu đạm ở những người có men tiêu hóa yếu.

Đối với những người có bệnh nền mạn tính như suy thận hoặc rối loạn chuyển hóa protein, việc dung nạp đạm cô đặc dưới bất kỳ hình thức nào đều cần tuân thủ chỉ định nghiêm ngặt của bác sĩ chuyên khoa, không nên tự ý bổ sung đạm qua bánh nướng.

Hướng dẫn thực hành: Cách nướng bánh giữ trọn giá trị của bột whey

Để bảo tồn tối đa hàm lượng và tính khả dụng của các axit amin khi nướng bánh, người tiêu dùng có thể áp dụng một số kỹ thuật khoa học đơn giản dựa trên kết quả nghiên cứu.

Đầu tiên là kiểm soát nhiệt độ và thời gian nướng. Tránh nướng bánh ở nhiệt độ quá cao trong thời gian dài vì nghiên cứu cho thấy nhiệt độ 121 độ C kéo dài đến 5000 giây (khoảng hơn 83 phút) sẽ làm sụt giảm nghiêm trọng độ tiêu hóa và phá hủy lysine cũng như cystine ^[2]. Bạn nên thiết lập nhiệt độ lò từ 150 đến 165 độ C và duy trì thời gian nướng vừa chín tới trong khoảng 12 đến 20 phút.

Thứ hai là kiểm soát lượng đường tự do trong công thức. Gia nhiệt đạm whey chung với đường ở nhiệt độ cao sẽ gia tăng tạo thành các phức hợp AGEs và làm giảm khả dụng của axit amin [1, 8]. Giảm bớt lượng đường khử hoặc thay thế bằng các chất tạo ngọt ít tham gia phản ứng Maillard sẽ giúp giữ trọn vẹn chất lượng đạm hơn.

Thứ ba là duy trì môi trường hơi axit hoặc trung tính cho bánh. Vì đạm whey khi gia nhiệt trong môi trường kiềm sẽ bị suy giảm khả năng tiêu hóa nghiêm trọng ^[4], bạn nên hạn chế cho quá nhiều bột nở có tính kiềm (baking soda). Bổ sung một lượng nhỏ các nguyên liệu có tính axit nhẹ như sữa chua, chuối nghiền hoặc sốt táo không chỉ giúp bột bánh mềm xốp mà còn hỗ trợ duy trì độ tiêu hóa đạm tốt hơn sau khi nướng [2, 8].

Việc sử dụng bột whey làm bánh nướng không phá hủy hay làm mất đi protein như nhiều lầm tưởng, mà chỉ làm biến đổi cấu trúc không gian của chuỗi phân tử. Bạn hoàn toàn có thể yên tâm tận hưởng những chiếc bánh giàu protein thơm ngon, miễn là kiểm soát tốt mức nhiệt, rút ngắn thời gian nướng và hạn chế đường dư thừa để bảo tồn trọn vẹn giá trị dinh dưỡng cho cơ thể.