Коагуляція молока з рослинними протеазами - Журнал спеціалістів м’ясної та молочної промисловості
(Автор: проф. Марія Туртой, к.е.н., інженерний університет Нижній Дунай з Галаца)
Коагуляція молока з рослинними протеазами як у вигляді необроблених екстрактів, так і в очищеному вигляді відома протягом багатьох століть у багатьох частинах земної кулі. Ці ферменти є альтернативою згустку телят, який має обмежену доступність і високу ціну. Вони містяться майже у всіх типах рослинних тканин і можуть бути отримані з природних джерел або вирощування in vitro. Майже всі ферменти, що використовуються для коагуляції молока, належать до аспарагінових протеаз, але існують і інші ферменти з коагулянтною здатністю за відповідних умов, такі як цистеїн та серинові протеази. Використання рослинних протеаз у виробництві сиру обмежене через зниження виробництва сиру, гіркі смаки та дефекти текстури.
Коагуляція молока рослинними протеазами
Коагуляція молока рослинними протеазами як сирими екстрактами або очищеною формою була відома протягом багатьох століть у багатьох частинах світу. Ці протеази є альтернативою сичугу телят, який має обмежену доступність і високу ціну. Вони містяться практично у всіх видах рослинних тканин, і їх можна отримати з природних джерел або культури in vitro. Майже всі ферменти, що використовуються для згортання молока, належать до аспарагінових протеаз, але є інші ферменти, такі як цистеїн та серинові протеази, які здатні згортати молоко за відповідних умов. Використання рослинних протеаз у виробництві сиру обмежене через нижчий вихід сиру, гіркий смак та дефекти текстури.
Протеази - це ті ферменти, які здійснюють протеоліз, ініціюючи катаболізм білка гідролізом пептидних зв’язків між амінокислотами в структурі поліпептидного ланцюга, з яких складається білок. З часом вони еволюціонували кілька разів, так що одну і ту ж реакцію можуть проводити різні класи протеаз за абсолютно різними каталітичними механізмами. За класифікаційним залишком їх класифікують на наступні групи: серинові протеази, треонінові протеази, цистеїнові протеази, аспартатні протеази, глутамінова кислота та металопротеази.
Протеази містяться у всіх організмах - від прокаріотів до еукаріотів та вірусів. Ці ферменти є багатофункціональними, виконуючи багато фізіологічних функцій у рослин і тварин. Таким чином, вони беруть участь у різних фізіологічних реакціях - від простого перетравлення білків у їжі до надзвичайно добре регульованих каскадних реакцій, таких як згортання крові або апоптоз. Вони також беруть участь у проростанні, біологічному старінні, запальних процесах тощо.
Протеази діють або шляхом повного розщеплення пептиду на амінокислоти (необмежений протеоліз), або шляхом розщеплення специфічних пептидних зв’язків (обмежений протеоліз) залежно від амінокислотної послідовності, з якої складається білок. Діяльність може бути деструктивною зміною, такою як придушення функції білка або перетравлення білка до амінокислот, або це може бути активацією функції, відповідно сигналом у сигнальному шляху.
Деякі ферменти мають неоднорідну та невпорядковану протеолітичну активність, здатні гідролізувати широкий спектр білкових субстратів. Такими є травні ферменти, наприклад, трипсин, який повинен мати можливість розщеплювати кількість білка в їжі, що потрапляє на менші фрагменти пептидів. На противагу цьому інші протеази мають високу специфічність і розщеплюють субстрати, які містять лише певну послідовність. Це тромбін, пептид, який бере участь у згортанні крові.
Протеази відіграють важливу комерційну роль у харчовій, текстильній та шкіряній промисловості. Вони становлять понад 60% від загальної кількості проданих ферментів.
Згортання молока є основним етапом виробництва сиру. Він виготовляється з ферментами згортання, які готуються протеолітичними ферментами, це найстаріше застосування ферментів, відоме за тисячі років. Історично склалося, що згусток, витягнутий із шлунків жуйних, є найбільш широко використовуваним джерелом ферментів у виробництві сиру, хоча є дані про раннє використання ферментів коагуляції в мікроорганізмах і рослинах.
Сир - це комплекс ферментів, що виробляються в шлунку будь-якого ссавця, включаючи протеази, які згортають молоко, виробляючи його поділ на тверду частину (сир) і рідку частину (сироватку). Наявність цих ферментів дуже важлива в шлунку молодих ссавців для перетравлення грудного молока, яким вони годуються. Основним активним ферментом у згустку називається хімозин або ренін (EC 3.4.23.4), поряд з пепсином та ліпазою.
Натуральний сир з телят витягується із внутрішньої слизової оболонки четвертої камери шлунка молодих, невідлучених телят. Творог, витягнутий з витриманих телят, згодованих травою або злаками, містить менше або зовсім не містить хімозину, але більше пепсину.
Цю сирну масу можна використовувати лише для деяких спеціальних видів молока та сиру. Кожен вид жуйних виробляє особливий тип сичугу для перетравлення молока власного виду, тому існує, наприклад, сичуг кози для коагуляції козячого молока або сичуг баранини для коагуляції овечого молока.
Альтернативи згустку
З 1961 року виробництво сиру збільшилось приблизно в 3,5 рази, тоді як кількість сиру зменшилось через зменшення забою телят-відлучень, причому фермери воліють вирощувати їх, щоб забезпечити м'ясо споживанням. До цього додається висока ціна на згусток, релігійні обмеження та етнічні норми щодо вживання тваринних виділень у їжу (наприклад, в іудаїзмі та ісламі), вегетаріанська дієта або заборона на використання рекомбінантного телячого згустку (у Франції, Німеччині та Нідерландах). . Усі ці фактори сприяли пошуку інших джерел ферментів з потенціалом згортання молока, ніж ті, що вже відомі.
Існує багато альтернативних джерел коагулюючих ферментів, рослин та мікроорганізмів, які можуть замінити згусток тварин. Хемозин, вироблений ферментацією (при бродінні утворюється хімозин, FPC) в основному використовується для виробництва сиру в Північній Америці та Європі, оскільки він дешевший і має кращу якість, ніж сир тваринного походження. Ферменти, що виробляються мікроорганізмами, придатні як замінники згустків, але існує великий інтерес до ферментів згортання, що видобуваються з рослин.
Ці ферменти присутні майже у всіх типах рослинних тканин, і виявляється, що всі протеолітичні ферменти мають здатність згортати молоко за відповідних умов. Майже всі ферменти, що використовуються для коагуляції молока, належать до аспарагінових протеаз, але також використовуються ферменти інших груп, таких як цистеїн та серинові протеази.
Екстракти рослин із давніх часів використовувались для зсідання молока для отримання сиру, особливо в середземноморських країнах, Західній Африці та Південній Європі.
Таким чином, Гомер припустив, в Іліада і Одісея, що греки коагулювали молоко екстрактом інжиру. Іспанія та Португалія мають найбільший асортимент сирів, отриманих із ферментів згортання осоту (Артишок sp.): Los Pedroches, La Serena, Torta del Casar (овече молоко), Los Ibores (козяче молоко) та Fluor de Guia (із суміші овечого та коров'ячого молока) в Іспанії та сири Серра та Серпа в Португалії. Екстракти содомського яблука (Calotropis procera) використовувались для виробництва сиру в країнах Західної Африки, таких як Нігерія та Республіка Бенін.
Дослідження останніх десятиліть розширили перелік рослин або частин рослин, які містять ферменти з коагуляційними властивостями молока: фітинова кислота, отримана з неферментованої сої, алое (Алое віра), ананас (Ananas comosus), бур'ян змії (Молочай hirta), огірок (Cucumis sativus), осот (сімейний Айстрові, Cynara cardunculus), гарбуз (Максимум кукурбіти), листя кропиви (Urtica dioica), листя або квіти содомського яблука (Calotropis procera), сушені каперси (Capparis spinosa), Європейські напівводні чорнобривці (Ranunculus ligua), карликовий плющ (Glechoma hederacea), сушений латекс папайї (Завантажте папайю), щавель (франц. щавель, Rumex scutatus, щавель звичайний, Румекс ацетоза або щавель овець, Румекс ацетоселла), мальва (Althaea officinalis), диня зима (Benincasa cerifere), сонячні яйця (Drosera rotundifolia), sânziene (Galium verum), насіння морінга (Moringa oleifera), насіння рицини (Ricinis communis), інжир звичайний (Ficus carica), Withania (Withania coagulans або Withania somnifera) тощо.
У таблиці 1 представлені деякі приклади рослин, з яких видобувають протеази, для яких відома активність згортання молока та активність протеази в одиницях/мл.
Сири, вироблені з будь-яким із цих ферментів, підходять для лактовегетаріанців. Рослинні протеази також можуть бути використані для виробництва кошерних та халяльних сирів, хоча в даний час майже всі кошерні сири отримують у всьому світі або з міробіальними протеазами, або з згустком, що утворюється в результаті ферментації. Комерційні препарати зазвичай містять протеази, синтезовані Mucor miehei.
Таблиця 1. Вміст білка, коагуляційна активність та активність протеази в деяких рослинах
Діяльність згортання молока, од./мл
Активність протеази, од./мл