Nhiều gia đình hiện nay có thói quen tự nấu sữa từ các loại đậu đỗ và hạt dinh dưỡng tại nhà để bồi bổ sức khỏe. Tuy nhiên, không ít người băn khoăn liệu việc đun sôi sữa hạt ở nhiệt độ cao có làm biến tính hay phá hủy toàn bộ protein hay không. Thực tế khoa học cho thấy nhiệt độ cao chắc chắn gây ra hiện tượng biến tính protein, làm thay đổi cấu trúc không gian và độ hòa tan, nhưng biến tính không đồng nghĩa với việc làm mất đi giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
Nấu sữa hạt: Nỗi lo đun sôi làm "chết" protein
Sữa hạt tự nấu từ đậu nành, đậu xanh, hạt sen, hạnh nhân hay óc chó ngày càng xuất hiện nhiều trong thực đơn của các gia đình Việt. Thao tác quen thuộc của hầu hết mọi người là xay nhuyễn nguyên liệu cùng nước rồi đun sôi kỹ trên bếp hoặc sử dụng máy làm sữa hạt tự động có chế độ gia nhiệt.
Trong quá trình nấu, người nội trợ thường thấy hiện tượng sữa đặc lại, đóng váng trên bề mặt hoặc xuất hiện kết tủa lợn cợn dưới đáy nồi. Những hiện tượng trực quan này khiến nhiều người lo lắng rằng nhiệt độ sôi đã làm "chết" dưỡng chất hoặc khiến protein bị phân hủy hoàn toàn thành chất vô dụng.
Thực chất, những biến đổi nhìn thấy được bằng mắt thường đó chính là biểu hiện vật lý của quá trình biến tính và tương tác giữa các phân tử đạm. Để hiểu đúng bản chất, chúng ta cần nhìn nhận hiện tượng này dưới góc độ hóa sinh thực phẩm và các bằng chứng thực nghiệm đã được công bố.
Bản chất của biến tính protein khi đun nóng
Protein trong tự nhiên tồn tại dưới dạng chuỗi axit amin cuộn gập thành các cấu trúc không gian phức tạp ba chiều. Cấu trúc này được giữ vững nhờ các liên kết hydro, liên kết ion, cầu nối disulfide và các tương tác kỵ nước bên trong lõi phân tử.
Khi gặp nhiệt độ cao, động năng của các phân tử tăng lên làm đứt gãy các liên kết yếu này, khiến chuỗi polypeptide duỗi thẳng ra. Hiện tượng này được gọi là sự biến tính nhiệt. Khi chuỗi đạm mở rộng, các nhóm chức năng vốn ẩn sâu bên trong như gốc kỵ nước hay nhóm chứa lưu huỳnh sẽ lộ ra ngoài môi trường nước xung quanh.
Khi các nhóm kỵ nước này lộ diện, chúng có xu hướng tìm đến nhau để liên kết lại nhằm giảm diện tích tiếp xúc với nước. Quá trình này dẫn đến hiện tượng ngưng tụ và tạo thành các phức hợp có khối lượng phân tử lớn, làm thay đổi độ hòa tan và độ nhớt của dung dịch lỏng.
Nhiệt độ và thời gian: Yếu tố then chốt làm biến đổi cấu trúc
Mức độ biến tính của dung dịch protein phụ thuộc trực tiếp vào ngưỡng nhiệt độ tiếp xúc và khoảng thời gian giữ nhiệt. Một nghiên cứu công bố năm 2017 khẳng định rằng mức độ biến tính của protein cũng như mức độ liên kết giữa các phân tử protein mở rộng tỷ lệ thuận theo sự gia tăng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt [1]. Các tác giả đã mô tả rất rõ mối quan hệ này bằng phương trình hồi quy bậc hai [1].
Khi nhiệt độ tăng vượt ngưỡng ổn định tự nhiên, tốc độ duỗi xoắn diễn ra nhanh chóng. Trong nghiên cứu đánh giá xử lý nhiệt siêu cao UHT công bố năm 1971, các nhà khoa học đã chứng minh mức độ biến tính của phân tử protein beta-lactoglobulin hoàn toàn có thể tính toán và dự đoán dựa trên hồ sơ nhiệt độ - thời gian của hệ thống gia nhiệt [2].
Điều này lý giải vì sao việc đun sôi sữa hạt liu riu trong vài phút sẽ tạo ra cấu trúc phân tử rất khác so với việc ninh quá kỹ trong thời gian dài. Thời gian giữ nhiệt càng lâu, các chuỗi đạm càng có nhiều cơ hội tiếp xúc, va chạm và hình thành các liên kết đồng hóa trị bền vững, thúc đẩy tạo màng váng hoặc lắng cặn.
Các nghiên cứu thực nghiệm nói gì về biến tính nhiệt?
Các nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thống dung dịch protein lỏng cung cấp những cái nhìn chi tiết về cơ chế biến đổi phân tử khi xử lý nhiệt. Một nghiên cứu năm 2016 khi so sánh các chiến lược gia nhiệt cho thấy mức độ biến tính protein tăng lên đáng kể khi nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt tăng [3]. Nghiên cứu này ghi nhận mức độ biến tính rất cao khi nhiệt độ vượt quá 100 độ C với các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) và dạng ống (THE) [3].
Cơ chế tạo phức hợp phân tử ở các dải nhiệt khác nhau cũng được làm sáng tỏ trong một nghiên cứu công bố năm 2016 trên sữa yak [4]. Khi gia nhiệt ở dải nhiệt độ từ 65 đến 95 độ C trong 10 phút, kết quả chỉ ra protein bị biến tính rõ rệt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao hơn 85 độ C [4]. Ở mức 65 và 75 độ C, kích thước hạt và cấu trúc vi mô chưa có sự thay đổi rõ rệt [4].
Tuy nhiên, khi nâng nhiệt lên 75 và 85 độ C, hành vi ngưng tụ của các phân tử protein diễn ra gần như hoàn toàn nhờ sự hình thành các cầu nối disulfide [4]. Đến ngưỡng 85 và 95 độ C, các tương tác phi hóa trị khác bao gồm tương tác kỵ nước bắt đầu xuất hiện, kích thước hạt chuyển dịch sang xu hướng lớn hơn và các khối tụ nhìn thấy rõ ràng [4].
Vấn đề độ hòa tan khi gia nhiệt cũng mang đến những phát hiện thú vị. Một nghiên cứu năm 2007 khảo sát việc gia nhiệt sữa hoàn nguyên ở các mức 75, 85 và 90 độ C trong 20 phút [5]. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ thấp hơn (75 và 85 độ C), việc bổ sung whey khử khoáng làm giảm độ hòa tan của protein từ 5,28% đến 26,41% [5]. Trái lại, khi xử lý ở 90 độ C, lượng protein hòa tan lại tăng từ 5,61% đến 28,89% [5]. Các phân tích khẳng định tương tác disulfide giữa các phân tử biến tính là nguyên nhân chính tạo nên các đồng khối tụ khối lượng phân tử lớn [5].
Bên cạnh nhiệt độ, phương pháp truyền nhiệt cũng tác động đến cấu trúc sản phẩm. Nghiên cứu năm 2016 chỉ ra phương pháp phun hơi trực tiếp (DSI) tạo ra mức độ biến tính protein thấp hơn đáng kể so với phương pháp dùng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm hay dạng ống [3].
Ảnh hưởng của độ pH và nồng độ đến độ hòa tan
Độ hòa tan và tính chất vật lý của protein trong chất lỏng không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn chịu sự chi phối mạnh mẽ của độ pH và độ đậm đặc của dung dịch. Một nghiên cứu công bố năm 2000 khảo sát việc đun nóng dung dịch protein ở 80 độ C trong khoảng thời gian từ 0,5 đến 20 phút trên dải pH từ 5,2 đến 8,8 [6]. Kết quả đo lường dựa trên sự mất độ hòa tan cho thấy mức độ biến tính tăng dần theo thời gian gia nhiệt [6].
Nghiên cứu này cũng chỉ ra các phân đoạn protein khác nhau có tốc độ mẫn cảm nhiệt khác biệt, đồng thời độ pH, việc bổ sung canxi và sự khử các liên kết disulfide ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của hai giai đoạn: duỗi mạch và ngưng tụ [6].
Yếu tố nồng độ cũng đóng vai trò quyết định cấu trúc khối tụ. Nghiên cứu năm 2015 chứng minh mức độ biến tính và thành phần các phức hợp hòa tan phụ thuộc vào nồng độ protein bên cạnh nhiệt độ và thời gian [7]. Dung dịch protein đậm đặc có mức độ ngưng tụ lớn hơn nhiều so với dung dịch nồng độ tiêu chuẩn [7].
Năm 2021, một nghiên cứu khác đánh giá tác động của pH và nhiệt độ trên dung dịch cô đặc cho thấy việc xử lý ở 85 độ C trong 5 phút hoặc 125 độ C trong 15 giây đều dẫn đến hiện tượng biến tính protein đáng kể [8]. Độ nhớt của dung dịch gia tăng sau khi đun nóng và tiếp tục tăng theo thời gian lưu trữ ở 4 độ C [8]. Mẫu xử lý ở pH 6,9 có độ nhớt cao hơn đáng kể so với mẫu ở pH 6,5 hoặc 6,7, đồng thời mẫu đun ở 85 độ C trong 5 phút có độ nhớt và độ bền gel cao hơn mẫu đun ở 125 độ C trong 15 giây [8].
Hiểu lầm phổ biến: Biến tính có đồng nghĩa với mất chất?
Hiểu lầm lớn nhất của nhiều người tiêu dùng là đánh đồng khái niệm "biến tính protein" với "mất giá trị dinh dưỡng". Về mặt sinh hóa, nhiệt độ đun nấu thông thường trong gian bếp (khoảng 80 đến 100 độ C) chỉ phá vỡ các cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn của phân tử đạm.
Nhiệt độ này hoàn toàn không đủ để cắt đứt liên kết peptide - tức cấu trúc bậc một liên kết các axit amin với nhau. Giá trị dinh dưỡng cốt lõi của protein đối với cơ thể người nằm ở thành phần và tỷ lệ các axit amin thiết yếu này. Khi vào đường tiêu hóa, dạ dày và ruột non của chúng ta cũng tiết ra axit và enzyme để phân cắt chuỗi đạm thành các axit amin tự do nhằm hấp thu vào máu.
Do đó, sự biến tính do nhiệt thực chất là bước "tiêu hóa sơ bộ". Khi chuỗi phân tử duỗi mở, các enzyme tiêu hóa trong cơ thể sẽ dễ dàng tiếp cận các vị trí cắt hơn, giúp việc hấp thu đạm diễn ra thuận lợi hơn. Đun sôi kỹ sữa hạt từ các loại đậu đỗ còn đem lại lợi ích quan trọng là vô hoạt các chất kháng dinh dưỡng như chất ức chế trypsin, giúp người uống tránh được tình trạng đầy hơi, khó tiêu.
Tuy nhiên, các dữ liệu nghiên cứu kể trên chủ yếu được thực hiện trên hệ thống protein lỏng thực nghiệm và sữa động vật [2], [5], [4]. Dù nguyên lý biến tính nhiệt, tạo cầu nối disulfide và thay đổi độ hòa tan có tính tương đồng cao giữa các loại đại phân tử đạm, cấu trúc thành phần của từng loại đậu hạt vẫn có những đặc thù riêng cần được xem xét cẩn trọng.
Những ai cần thận trọng khi uống sữa hạt tự nấu?
Mặc dù sữa hạt là nguồn dinh dưỡng bổ ích, không phải ai cũng có thể sử dụng thoải mái mà không cần lưu ý. Những người có tiền sử dị ứng với các loại hạt họ đậu hoặc hạt cây (như đậu phộng, hạnh nhân, óc chó) cần tuyệt đối thận trọng. Sự biến tính nhiệt có thể làm thay đổi tính kháng nguyên của một số protein nhưng không chắc chắn loại bỏ hoàn toàn nguy cơ gây dị ứng sốc phản vệ.
Những người mắc bệnh thận mạn tính cần kiểm soát chặt chẽ lượng đạm và khoáng chất như kali, phốt pho tiêu thụ hàng ngày. Sữa làm từ các loại đậu đỗ thường chứa hàm lượng khoáng chất khá cao, có thể tạo thêm áp lực bài tiết cho thận suy yếu.
Người có hệ tiêu hóa nhạy cảm, người mắc hội chứng ruột kích thích (IBS) cũng nên thận trọng với các loại sữa hạt chưa được nấu chín hoàn toàn. Nếu thời gian gia nhiệt không đủ để vô hoạt các chất kháng dinh dưỡng hoặc các oligosaccharide sinh hơi, người uống rất dễ gặp triệu chứng chướng bụng, ợ hơi và tiêu chảy. Trường hợp có bệnh lý nền mạn tính, người dùng nên tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa hoặc chuyên gia dinh dưỡng để xây dựng khẩu phần phù hợp.
Hướng dẫn nấu sữa hạt đúng cách để bảo toàn dinh dưỡng
Để có được ly sữa hạt thơm ngon, sánh mịn mà không bị kết tủa vón cục quá mức, khâu kiểm soát nhiệt độ và thời gian giữ vai trò then chốt. Dựa trên các nguyên lý đã được kiểm chứng, việc kiểm soát thời gian đun sẽ hạn chế sự tạo thành các khối ngưng tụ quá lớn [4], [1].
Trước khi nấu, bạn nên ngâm hạt trong nước sạch từ vài giờ đến qua đêm tùy loại để hạt ngậm đủ nước, kích hoạt enzyme mầm và giảm bớt lượng axit phytic tự nhiên. Khi xay và nấu, không nên pha sữa quá đặc vì nồng độ protein cao sẽ thúc đẩy sự ngưng tụ mạnh hơn khi gặp nhiệt độ cao [7].
Khi đun trên bếp, nên duy trì lửa vừa phải, khuấy đều tay liên tục để nhiệt phân tán đồng đều, tránh hiện tượng cháy khét đáy nồi do protein và tinh bột lắng đọng. Sau khi sữa sôi lăn tăn ở mức khoảng 85 đến 90 độ C, bạn chỉ cần giữ nhiệt trong khoảng 10 đến 15 phút là đủ để làm chín hạt, vô hoạt chất ức chế tiêu hóa mà không làm dịch sữa bị tách nước hay đổi màu vị quá gắt [5], [4]. Sau khi nấu chín, sữa hạt nên được bảo quản trong ngăn mát tủ lạnh và sử dụng hết trong vòng 24 đến 48 giờ để tránh nhiễm khuẩn.
Biến tính protein khi nấu sữa hạt ở nhiệt độ cao là một phản ứng hóa sinh hoàn toàn tự nhiên và có lợi cho quá trình tiêu hóa nếu được kiểm soát hợp lý. Đun sôi không làm mất đi các axit amin quý giá mà chỉ biến đổi cấu trúc không gian và độ hòa tan của đạm. Người tiêu dùng chỉ cần hiểu đúng bản chất khoa học, lựa chọn nguyên liệu tươi sạch và áp dụng kỹ thuật gia nhiệt vừa đủ để mang lại món thức uống thơm lành, an toàn cho cả gia đình.
