เคซีน

เคซีน (อังกฤษ: Casein มาจากภาษาละตินว่า caseus ซึ่งแปลว่า ชีส) เป็นชื่อของกลุ่มฟอสโฟโปรตีน คือ ?S1, ?S2, ?, ? โปรตีนเหล่านี้พบโดยทั่วไปในนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งเป็นส่วนถึง 80% ของโปรตีนในนมวัว และประมาณ 20%-45% ของโปรตีนในนมมนุษย์ เคซีนใช้ประโยชน์ได้หลายอย่างรวมทั้งเป็นส่วนประกอบหลักของชีส สารเติมแต่งอาหาร และตัวยึดในไม้ขีดไฟ โดยเป็นอาหาร เคซีนประกอบด้วยกรดอะมิโน คาร์โบไฮเดรต และสารอนินทรีย์สองอย่างคือแคลเซียมและฟอสฟอรัส

เคซีนมีกรดอะมิโนแบบ proline เป็นจำนวนมาก แม้ว่ากรดอะมิโนจะไม่มีปฏิสัมพันธ์ต่อกันและกัน และไม่มีแม้แต่พันธะโคเวเลนต์ประเภท disulfide และดังนั้นจึงมีโครงสร้างโปรตีนแบบตติยภูมิ (tertiary structure) ที่น้อยมาก เป็นโมเลกุลที่ไม่ถูกกับน้ำ ดังนั้นจึงไม่ค่อยละลายน้ำ มักจะพบเป็นสารแขวนลอยอยู่ในน้ำรวมกันเป็นกลุ่มกลม ๆ เหมือนลูกบอล (casein micelles) โดยมีส่วนที่ไม่ถูกกับน้ำอยู่รอบนอก แต่ว่า ส่วนที่อยู่ด้านในของลูกบอลนั้นกลับชุ่มน้ำเมื่อเปรียบเทียบกับลูกบอลที่เกิดจากสารลดแรงตึงผิวประเภทอื่น ๆ ส่วนเคซีนที่อยู่ในลูกบอลมีการยึดไว้ด้วยกันโดยไอออนของแคลเซียม และแรงปฏิสัมพันธ์สืบเนื่องจากสภาพกลัวน้ำ (hydrophobic interaction) มีแบบจำลองทางโมเลกุล (molecular model) หลายอย่างที่สามารถอธิบายการรวมตัวกันของเคซีนเป็นลูกบอลได้ (คือยังไม่ชัดเจนว่าแบบไหนกันแน่) โดยมีแบบหนึ่งที่เสนอว่า นิวเคลียสของลูกบอลประกอบด้วยลูกบอลเล็ก ๆ ของเคซีนหลายลูก และส่วนรอบนอกเป็นเคซีนแบบ ? อีกรูปแบบหนึ่งเสนอว่า นิวเคลียสของลูกบอลประกอบด้วยใยที่เป็นเคซีนต่อ ๆ กัน และแบบล่าสุดเสนอว่า มีพันธะคู่ระหว่างเคซีนจึงทำให้กลายเป็นเจลได้ ทั้งสามแบบจำลองพิจารณาลูกบอล (micelle) เช่นนี้ว่าเป็นอนุภาคคอลลอยด์เกิดจากการรวมตัวกันของเคซีนที่ล้อมด้วยเคซีนแบบ ? ซึ่งละลายน้ำได้

จุดไฟฟ้าเสมอ (จุดไอโซอิเล็กทริก) ของเคซีนอยู่ที่ 4.6 เนื่องจากค่า pH ของนมอยู่ที่ 6.6 เคซีนจึงมีประจุไฟฟ้าลบในนม เคซีนบริสุทธิ์ในน้ำจึงไม่ละลายน้ำ และก็ไม่ละลายด้วยถ้าอยู่ในน้ำเกลือที่เป็นกลาง แต่จะละลายในสารละลายที่มีสภาพเป็นด่าง หรือในน้ำเกลือบางประเภทเช่นโซเดียมออกซาเลต (sodium oxalate) หรือโซเดียมแอซิเตต (sodium acetate)

ในกระบวนการแยกสลายเคซีนด้วยน้ำ สามารถใช้เอนไซม์ทริปซินยึดเอา peptone ซึ่งประกอบด้วยฟอสเฟต ออกจากเคซีน ซึ่งสามารถใช้เป็นกาวอินทรีย์ได้

สีเคซีนที่ใช้โดยช่างศิลป์มีคุณสมบัติคือแห้งไว ละลายน้ำได้ โดยเคซีนทำหน้าที่เป็นตัวจับสี สีที่ทำจากเคซีนใช้กันมาตั้งแต่สมัยอียิปต์โบราณโดยเป็นสีฝุ่นเทมเพอราประเภทหนึ่ง และเป็นสีที่นิยมมากที่สุดในงานศิลป์อาชีพจนกระทั่งคริสต์ทศวรรษ 1960 ที่เริ่มใช้สีอะคริลิกที่ประดิษฐ์ขึ้นใหม่แทน สีเคซีนจึงเริ่มเสื่อมความนิยมไป แต่สีเคซีนก็ยังเป็นที่นิยมกับจิตรกรวาดทิวทัศน์ แม้ว่าสีอะคริลิกก็เริ่มจะเป็นที่นิยมกับงานศิลป์แนวนี้เช่นกัน

กาวที่ทำจากเคซีน น้ำ หินปูน และแคลเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นกาวที่นิยมใช้ในงานไม้ และใช้ในการประกอบเครื่องบินด้วยจนกระทั่งราวปี ค.ศ. 1938-1939 นอกจากนั้นแล้ว กาวเคซีนยังใช้ในการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าเพราะมีคุณสมบัติที่ให้น้ำมันซึมผ่านได้ แม้ว่าจะมีการใช้กาวยางสังเคราะห์ทดแทนไปโดยมากแล้ว แต่ก็ยังมีการใช้กาวเคซีนในงานบางอย่าง เช่นในการเคลือบประตูกันไฟและในการติดฉลากขวด

ชีสประกอบด้วยโปรตีนและไขมันจากนม โดยปกติของวัว ควาย แพะ หรือแกะ ผลิตโดยจับก้อนของเคซีน

โดยทั่วไปแล้ว จะมีการทำนมให้เป็นกรดแล้วจับเป็นก้อนโดยเติมเอนไซม์ประกอบที่เรียกว่า rennet ที่ประกอบด้วยเอนไซม์ย่อยโปรตีน rennin ปกติได้มาจากกระเพาะอาหารของลูกวัว หลังจากนั้นก็จะมีการแยกส่วนที่จับเป็นก้อน แล้วผ่านวิธีกรรมอื่น ๆ ซึ่งกลายเป็นชีสโดยที่สุด

โดยที่ไม่เหมือนโปรตีนมากมายหลายชนิด เคซีนจะไม่จับเป็นก้อนเพราะความร้อน คือ ในกระบวนการทำเคซีนให้จับเป็นก้อน เอนไซม์ย่อยโปรตีนที่ทำให้เคซีนจับเป็นก้อนจะมีกัมมันตภาพต่อเคซีนประเภทที่ละลายน้ำได้ ซึ่งก็คือ เคซีน ? และทำให้เกิดการจับก้อนในเคซีนที่เหลือเพราะไม่ละลายน้ำ และถ้าจับก้อนร่วมกับสาร chymosin ผลิตภัณฑ์ที่ได้บางครั้งก็จะเรียกว่า พาราเคซีน (paracasein) ส่วน Chymosin (EC 3.4.23.4) เป็นเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่สลายพันธะเพปไทด์ Phe105-Met106 ของเคซีน ? และเป็นเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการผลิตชีส

ในประเทศอังกฤษ คำว่า caseinogen หมายถึงโปรตีนที่ยังไม่จับก้อน และคำว่า casein หมายถึงโปรตีนที่จับก้อนแล้ว ส่วนเคซีนที่อยู่ในนมมีการเรียกว่า เป็นเกลือแคลเซียม (salt of calcium)

พลาสติกบางพวกในยุคต้น ๆ ทำมาจากเคซีน โดยเฉพาะก็คือ พลาสติกที่เรียกว่า galalith ใช้ทำกระดุม นอกจากนั้นแล้ว ใยแก้วเคซีนก็สามารถทำได้จากการอัดรีด ผ้าทำมาจากใยเคซีนที่มีชื่อว่า Lanital หรือ Aralac (ในสหรัฐอเมริกา) ได้รับความนิยมในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1930 ส่วนใยแก้วเคซีนที่เป็นผลิตภัณฑ์ประดิษฐ์ขึ้นไม่นานนี้เรียกว่า QMilch เป็นใยที่ใช้ในการผลิตผ้านำสมัย

เคซีเนตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำมาจากเคซีน ที่ใช้กันมากที่สุดก็คือโซเดียมเคซีเนต (อังกฤษ: sodium caseinate) และแคลเซียมเคซีเนต (อังกฤษ: calcium caseinate) โดยใช้ในผลิตภัณฑ์เป็นต้นว่า

เคซีเนตที่ใช้บริโภคผลิตโดยละลายเคซีนกับสารละลายแอลคาไลน์ (มีสภาพด่าง) ที่เหมาะสำหรับการบริโภค เช่น แคลเซียมไฮดรอกไซด์หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ แล้วทำให้แห้งโดยปกติใช้เครื่องพ่นแห้งทำให้กลายเป็นผงเล็ก ๆ

คุณสมบัติอย่างหนึ่งของโมเลกุลเคซีนก็คือสามารถจับเป็นก้อนได้ในท้อง ซึ่งทำให้เป็นแหล่งสารอาหารที่มีประสิทธิภาพ คือ เคซีนที่จับเป็นก้อนนั้น ปล่อยกรดอะมิโนออกอย่างช้า ๆ เข้าไปในเลือด บางครั้งเป็นเวลานานหลาย ช.ม.

ในบางกรณี มีการขายเคซีนประเภทที่ย่อยแล้วเป็นบางส่วน เช่นย่อยโดยเอนไซม์คือทริปซิน แต่ว่า เคซีนประเภทนี้มีรสขม และทั้งเด็กทารกทั้งสัตว์ที่ใช้ในการทดลอง จะชอบใจเคซีนที่ยังไม่ย่อยมากกว่าโปรตีนเช่นนี้

มีการใช้สารประกอบจากเคซีนในกระบวนการคืนแร่ธาตุให้กับฟัน (Remineralisation of teeth) เพื่อสร้างเสถียรภาพให้กับ amorphous calcium phosphate (ACP) และปล่อย ACP ไปที่ผิวฟัน ซึ่งช่วยในการคืนแร่ธาตุให้กับฟัน

แม้ว่าจะมีการใช้วิธีรักษาทางเลือกในระดับสูงสำหรับเด็กที่เป็นโรคออทิซึม เช่นการทานอาหารที่เว้นจากกลูเทน และเคซีน แต่ว่า จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 2008 ก็ยังไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่แสดงประสิทธิภาพของการทานอาหารเช่นนี้กับโรค

เคซีน A1 beta และ A2 beta เป็นโปรตีนที่เกิดจากความแตกต่างกันทางกรรมพันธุ์ของสัตว์ที่ให้นม โดยมีความต่างกันโดยกรดอะมิโนตัวหนึ่ง คือ มี proline ที่ตำแหน่ง 67 ของลูกโซ่กรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบของเคซีน A2 beta ในขณะที่มี histidine ที่ตำแหน่งเดียวกันในเคซีน A1 beta เคซีน A1 และ A2 มีปฏิสัมพันธ์กับเอนไซม์ในระบบย่อยอาหารที่ไม่เหมือนกัน จึงให้กรดอะมิโนที่เป็นผลต่างกัน คือ เกิดเพปไทด์ประกอบด้วยกรดอะมิโน 7 ตัว คือ beta-casomorphin-7 (BCM-7) จากการย่อยเคซีน A1-beta ซึ่งก็เป็นประเภทที่พบมากที่สุดในนมวัวในยุโรป (นอกจากประเทศฝรั่งเศส) สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และนิวซีแลนด์

ความสนใจในเรื่องความแตกต่างกันของเคซีน A1 และ A2 เริ่มขึ้นในคริสต์ทศวรรษ 1990 เนื่องจากงานวิจัยทางวิทยาการระบาด คือ นักวิทยาศาสตร์ในประเทศนิวซีแลนด์ที่ทำงานศึกษาในสัตว์พบสหสัมพันธ์ระหว่างนมที่มีเคซีน A1 กับโรคเรื้อรังหลายอย่าง ซึ่งได้รับความสนใจเป็นอย่างยิ่งจากกลุ่มสื่อ นักวิทยาศาสตร์บางพวก และนักลงทุน ในต้นทศวรรษที่ 2000 บริษัท A2 ก็ได้เกิดการก่อตั้งขึ้นในนิวซีแลนด์เพื่อขายวิธีการทดสอบนม A2 และดำเนินการทางการตลาด โดยวางตลาดเป็นนมที่ดีต่อสุขภาพมากกว่าเนื่องจากไม่เกิดการย่อยเป็นเพปไทด์เช่นเดียวกับนม A1 บริษัทมีการดำเนินงานจนกระทั่งถึงกับเรียกร้ององค์กรมาตรฐานอาหารของประเทศออสเตรเลียและนิวซีแลนด์ (Food Standards Australia New Zealand) ให้ออกกฎบังคับให้แสดงคำเตือนทางสุขภาพสำหรับนมปกติ

โดยเป็นการตอบสนองต่อทั้งความสนใจของประชาชน ทั้งการวางตลาดของนม A2 และทั้งหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่มีการเผยแพร่แล้ว องค์กรความปลอดภัยอาหารของยุโรป (European Food Safety Authority) ได้ทำการปฏิทัศน์สิ่งตีพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ แล้วพิมพ์ผลงานปฏิทัศน์ในปี ค.ศ. 2009 ที่แสดงว่าไม่มีความสัมพันธ์กันระหว่างโรคเรื้อรังและการดื่มนม A1 นอกจากนั้นแล้ว ยังมีงานปฏิทัศน์ต่างหากอีกงานหนึ่งที่พิมพ์ในปี ค.ศ. 2005 ที่ไม่พบความสัมพันธ์กันระหว่างการดื่มนม A1 หรือ A2 กับโรคเรื้อรัง งานปฏิทัศน์ทั้งสองงานได้เน้นความอันตรายที่เกิดจากการสรุปค่าสหสัมพันธ์ที่พบในงานวิจัยทางวิทยาการระบาดโดยความเป็นเหตุและผล และจากการไม่พิจารณาหลักฐานทั้งหมด (คือพิจารณาแต่หลักฐานที่สนับสนุนสมมุติฐานที่เป็นประเด็น ดูความเอนเอียงเพื่อยืนยัน)

งานวิจัยในประเทศจีนเป็นการศึกษาด้านสุขภาพของประชาชนจีนเป็นจำนวนมากที่ได้รับการสนับสนุนจากทั้งรัฐบาลจีนและทั้งรัฐบาลจีนท้องถิ่น เป็นงานที่นักวิจัยคือ ดร. ที. คอลิน แคมป์เบลล์ สรุปว่า กลุ่มชนที่บริโภคโปรตีนจากเคซีนเกินกว่า 10% มีความเสี่ยงต่อโรคมะเร็งเพราะเคซีนทำการสนับสนุนเซลล์มะเร็ง ส่วน น.พ. นีล ดี. บาร์นาร์ด ผู้เป็นแพทย์ที่มีชื่อเสียงเกี่ยวกับงานวิจัยที่ใช้การบริโภคอาหารในการรักษาโรค เน้นไปที่โทษของสารที่เป็นผลจากการบริโภคและการย่อยนม A1 โดยกล่าวว่า

โทษของนมไม่ใช่มีเพียงแค่เคซีน ซึ่งเป็นส่วนที่ทำให้เกิดสารฝิ่นคือ[มอร์ฟีน] casomorphin เท่านั้น (แต่) "สารอาหาร" ที่พบในนม คือน้ำตาลเป็นจำนวนมาก (แล็กโทส) โปรตีนและไขมันสัตว์ มีผลให้ร่างกายผลิต[ฮอร์โมน] IGF-I ซึ่งนั่นอาจจะเป็นเหตุที่นมมีความเกี่ยวข้องกับมะเร็งบางประเภท

ในปี ค.ศ. 2010 หนังสือเกี่ยวกับงานวิจัยในประเทศจีนของ ดร. แคมป์เบลล์ ได้รับคำวิจารณ์จากนักบล็อก ดีนีส มิงเกอร์ และเนื่องจากมีความสนใจในข้อความของเธอจากชนเป็นจำนวนมาก ในที่สุดมิงเกอร์ก็ได้รับคำตอบจาก ดร. แคมป์เบลล์เอง โดยที่ ดร. แคมป์เบลล์ ในที่สุดก็สรุปเป็นข้อความว่า

ผมอยากจะสรุปโดยให้สังเกตคำแนะนำของนักวิทยาการระบาดมืออาชีพที่กล่าวไว้แล้วข้างบน ผู้ได้ให้คำแนะนำว่า ในที่สุดแล้ว ดีนีสควรจะเผยแพร่ข้อมูลของเธอในวารสารที่มีการปฏิทัศน์โดยผู้เชี่ยวชาญในสาขา (เช่นในวารสารวิทยาศาสตร์) แต่เขาเอง (นักวิทยาการระบาด) รู้สึกมั่นใจในตอนนี้ว่า ข้อมูลที่มีอยู่ในปัจจุบันจะไม่ได้รับการยอมรับ (โดยผู้ที่ทำการปฏิทัศน์) ผม (ก็)เห็นด้วย (ในเรื่องนี้)