Коагулация на млякото с растителни протеази - вестник на специалисти в месната и млечната промишленост
(Автор: проф. Д-р Мария Туртой, Инж. Университет Долен Дунав от Галац)
Коагулацията на млякото с растителни протеази или като сурови екстракти, или в пречистена форма е известна от векове в много части на земното кълбо. Тези ензими са алтернатива на телешки съсирек, който има ограничена наличност и висока цена. Те се намират в почти всички видове растителни тъкани и могат да бъдат получени от естествени източници или отглеждане in vitro. Почти всички ензими, използвани за коагулация на мляко, принадлежат към аспарагинови протеази, но има и други ензими с капацитет на коагуланта при подходящи условия, като цистеин и серин протеази. Използването на растителни протеази при производството на сирене е ограничено поради по-ниското производство на сирене, горчивите вкусове и дефектите на текстурата.
Коагулация на млякото с растителни протеази
Коагулацията на млякото с растителни протеази или като сурови екстракти, или като пречистена форма е известна от векове в много части на света. Тези протеази са алтернатива на телешкото сирище, което има ограничена наличност и висока цена. Те се намират практически във всички видове растителни тъкани и могат да бъдат получени от естествени източници или in vitro култура. Почти всички ензими, използвани за съсирване на мляко, принадлежат към аспарагиновите протеази, но има и други ензими като цистеин и серинови протеази, които могат да съсирват млякото при подходящи условия. Използването на растителни протеази в производството на сирене е ограничено поради по-ниски добиви на сирене, горчив вкус и дефекти на текстурата.
Протеазите са онези ензими, които извършват протеолиза, инициирайки белтъчен катаболизъм чрез хидролиза на пептидните връзки между аминокиселините в структурата на полипептидната верига, които изграждат протеина. С течение на времето те са се развили няколко пъти, така че една и съща реакция може да бъде извършена от различни класове протеази чрез напълно различни каталитични механизми. Те са класифицирани според каталитичния остатък в следните групи: серинови протеази, треонинови протеази, цистеинови протеази, аспартатни протеази, глутаминова киселина протеази и металопротеази.
Протеази се намират във всички организми, от прокариоти до еукариоти и вируси. Тези ензими са многофункционални и имат много физиологични функции при растенията и животните. По този начин те участват в различни физиологични реакции от простото усвояване на протеините в храната до изключително добре регулираните каскадни реакции като съсирване на кръвта или апоптоза. Те също така участват в покълването, биологичното стареене, възпалителните процеси и др.
Протеазите действат или чрез пълно разграждане на пептид до аминокиселини (неограничена протеолиза) или чрез разграждане на специфични пептидни връзки (ограничена протеолиза) в зависимост от аминокиселинната последователност, от която е съставен протеинът. Активността може да бъде разрушителна промяна като потискане на функцията на протеин или усвояването на протеина до аминокиселини или може да бъде активиране на функция, съответно сигнал в сигнален път.
Някои ензими имат хетерогенна и нарушена протеолитична активност, като са в състояние да хидролизират широк спектър от протеинови субстрати. Такива са храносмилателните ензими, например трипсин, който трябва да може да разгражда количеството протеин в храната, погълнато на по-малки пептидни фрагменти. За разлика от това, други протеази имат висока специфичност и разцепват субстрати, които съдържат само определена последователност. Това е тромбин, пептид, участващ в съсирването на кръвта.
Протеазите играят важна търговска роля в хранителната, текстилната и кожената промишленост. Те представляват повече от 60% от общите продавани ензими.
Коагулацията на млякото е основният етап от производството на сирене. Той е направен с коагулационни ензими, приготвени от протеолитични ензими, което е най-старото приложение на ензими, известно от хиляди години. В исторически план съсирекът, извлечен от преживни стомаси, е най-често използваният източник на ензими в производството на сирене, въпреки че има доказателства за ранна употреба на коагулационни ензими в микроорганизми и растения.
Изварата е комплекс от ензими, произведени в стомаха на всеки бозайник, включително протеази, които коагулират млякото, произвеждайки разделянето му на твърда част (извара) и течна част (суроватка). Наличието на тези ензими е много важно в стомаха на младите бозайници за смилането на кърмата, с която са кърмени. Основният активен ензим в съсирека се нарича хемозин или ренин (EC 3.4.23.4), с пепсин и липаза.
Естествената телешка извара се извлича от вътрешната лигавица на четвъртата камера на стомаха на млади, неподготвени телета. Изварата, извлечена от остарели телета, хранени с трева или зърнени храни, съдържа по-малко или никакъв химозин, но повече пепсин.
Тази извара може да се използва само за някои специални видове мляко и сирене. Всеки вид преживни животни произвежда специален вид сирище за смилане на млякото от собствения си вид, така че има например кози съсирек за съсирване на козе мляко или агнешки съсирек за съсирване на овче мляко.
Алтернативи за съсирек
Производството на сирене се е увеличило около 3,5 пъти от 1961 г., докато наличността на извара е намаляла поради намаленото клане на отбити телета, като фермерите предпочитат да ги отглеждат, за да осигурят месо за консумация. Към това се добавят високата цена на съсирека, религиозните ограничения и етническите разпоредби относно използването на животински секрети в храната (например в юдаизма и исляма), съответно вегетарианска диета или забраната за използването на рекомбинантен телешки съсирек (във Франция, Германия и Холандия) . Всички тези фактори са допринесли за търсенето на други източници на ензими с потенциал за коагулация на млякото от тези, които вече са известни.
Има много алтернативни източници на коагулиращи ензими, растения и микроорганизми, които могат да заместят животински съсирек. Хемозин, получен чрез ферментация (ферментацията произвежда химозин, FPC) се използва главно при производството на сирене в Северна Америка и Европа, тъй като е по-евтино и има по-добро качество от животинската извара. Ензимите, произведени от микроорганизми, са подходящи като заместители на съсиреците, но има голям интерес към коагулационните ензими, извлечени от растенията.
Тези ензими присъстват в почти всички видове растителни тъкани и изглежда, че всички протеолитични ензими имат способността да коагулират млякото при подходящи условия. Почти всички ензими, използвани за коагулация на мляко, принадлежат към аспарагиновите протеази, но се използват и ензими от други групи като цистеин и серин протеази.
Растителните екстракти се използват от древни времена за коагулация на мляко за направата на сирене, особено в средиземноморските страни, Западна Африка и Южна Европа.
По този начин, Омир предполага, в Илиада и Одисея, че гърците коагулирали мляко с екстракт от смокиня. Испания и Португалия имат най-голямо разнообразие от сирена, получени от ензими за коагулация на магарешки бодил (Артишок sp.): Los Pedroches, La Serena, Torta del Casar (овче мляко), Los Ibores (козе мляко) и Fluor de Guia (смес от овче и краве мляко) в Испания и сирена Serra и Serpa в Португалия. Екстракти от содомска ябълка (Calotropis procera) са били използвани при производството на сирене в западноафрикански страни като Нигерия и Република Бенин.
Изследванията през последните десетилетия разшириха списъка с растения или части от растения, които съдържат ензими със свойства на коагулация на млякото: фитинова киселина, получена от неферментирала соя, алое (Алое вера), ананас (Ананас комос), тревата на змията (Euphorbia hirta), краставица (Cucumis sativus), бодил (семейство Asteraceae, Cynara cardunculus), тиква (Максимум кукурбита), листа от коприва (Urtica dioica), листа или цветя на содомската ябълка (Calotropis procera), сушени каперси (Capparis spinosa), Европейски полуводни невенчета (Ranunculus ligua), джудже бръшлян (Glechoma hederacea), сушен латекс от папая (Заредете папая), киселец (френски киселец, Rumex scutatus, обикновен киселец, Rumex acetosa или киселецът на овцете, Румекс ацетозела), слез (Althaea officinalis), пъпеш зима (Benincasa cerifere), слънчеви яйца (Drosera rotundifolia), sânziene (Galium verum), моринга семена (Moringa oleifera), рицинови семена (Ricinis communis), обикновена смокиня (Ficus carica), Withania (Withania coagulans или Withania somnifera) и т.н.
Таблица 1 представя някои примери за растения, от които се екстрахират протеази, за които активността на коагулация на млякото и протеазната активност в единици/ml са известни.
Сирена, произведени с някой от тези ензими, са подходящи за лакто-вегетарианци. Растителните протеази могат да се използват и за производството на кошерни и халални сирена, въпреки че понастоящем почти всички кошерни сирена се получават по целия свят или с миробиални протеази, или със съсирек, произведен чрез ферментация. Търговските препарати обикновено съдържат протеази, синтезирани от Mucor miehei.
маса 1. Съдържание на протеин, коагулационна активност и протеазна активност в някои растения
Дейността на коагулация на млякото, единици/мл
Протеазна активност, единици/мл