Zrážanie mlieka s rastlinnými proteázami - vestník špecialistov na mäsový a mliečny priemysel
(Autor: Prof. Maria Turtoi, PhD, Eng. University Dolný Dunaj z Galati)
Zrážanie mlieka s proteázami rastlín, či už ako surové extrakty alebo v čistenej forme, je známe už celé storočia na mnohých miestach našej planéty. Tieto enzýmy sú alternatívou k teľacej zrazenine, ktorá má obmedzenú dostupnosť a vysokú cenu. Nachádzajú sa takmer vo všetkých druhoch rastlinných pletív a je možné ich získať z prírodných zdrojov alebo kultiváciou in vitro. Takmer všetky enzýmy používané na zrážanie mlieka patria do asparágových proteáz, existujú však aj iné enzýmy s koagulačnou schopnosťou za vhodných podmienok, ako sú cysteínové a serínové proteázy. Používanie rastlinných proteáz pri výrobe syra je obmedzené z dôvodu nižšej produkcie syra, horkejších chutí a chýb textúry.
Zrážanie mlieka s proteázami rastlín
Koagulácia mlieka s proteázami rastlín, či už ako surové extrakty alebo v purifikovanej forme, je známa po celé storočia v mnohých častiach sveta. Tieto proteázy sú alternatívou k teľaciemu syridlu, ktoré má obmedzenú dostupnosť a vysokú cenu. Nachádzajú sa v podstate vo všetkých druhoch rastlinných pletív a je možné ich získať z prírodných zdrojov alebo z kultúry in vitro. Takmer všetky enzýmy používané na zrážanie mlieka patria k asparágovým proteázam, existujú však aj ďalšie enzýmy, ako sú cysteínové a serínové proteázy, ktoré sú schopné za vhodných podmienok zrážať mlieko. Použitie rastlinných proteáz pri výrobe syra je obmedzené z dôvodu nižších výťažkov syra, horkej chuti a defektov textúry.
Proteázy sú tie enzýmy, ktoré vykonávajú proteolýzu a vyvolávajú katabolizmus proteínov hydrolýzou peptidových väzieb medzi aminokyselinami v štruktúre polypeptidového reťazca, z ktorého je proteín zložený. Postupom času sa vyvinuli niekoľkokrát, takže rovnaká reakcia môže byť uskutočňovaná rôznymi triedami proteáz úplne odlišnými katalytickými mechanizmami. Podľa katalytického zvyšku sú klasifikované do nasledujúcich skupín: serínové proteázy, treonínové proteázy, cysteínové proteázy, aspartátové proteázy, proteázy kyseliny glutámovej a metaloproteázy.
Proteázy sa nachádzajú vo všetkých organizmoch, od prokaryotov po eukaryoty a vírusy. Tieto enzýmy sú multifunkčné a majú veľa fyziologických funkcií v rastlinách a živočíchoch. Podieľajú sa teda na rôznych fyziologických reakciách, od jednoduchého trávenia bielkovín v potravinách až po mimoriadne dobre regulované kaskádové reakcie, ako je zrážanie krvi alebo apoptóza. Podieľajú sa tiež na klíčení, biologickom starnutí, zápalových procesoch atď.
Proteázy pôsobia buď úplným rozložením peptidu na aminokyseliny (neobmedzená proteolýza), alebo rozpadom špecifických peptidových väzieb (obmedzená proteolýza) v závislosti od aminokyselinovej sekvencie, ktorá tvorí proteín. Aktivitou môže byť deštruktívna zmena, ako je potlačenie funkcie proteínu alebo trávenie proteínu na aminokyseliny, alebo to môže byť aktivácia funkcie, respektíve signálu v signálnej ceste.
Niektoré enzýmy majú heterogénnu a narušenú proteolytickú aktivitu a sú schopné hydrolyzovať širokú škálu proteínových substrátov. Sú to tráviace enzýmy, napríklad trypsín, ktoré musia byť schopné štiepiť množstvo bielkovín v prijatej potravine na menšie peptidové fragmenty. Naproti tomu iné proteázy majú vysokú špecificitu a štiepia substráty, ktoré obsahujú iba určitú sekvenciu. Toto je trombín, peptid podieľajúci sa na zrážaní krvi.
Proteázy hrajú dôležitú komerčnú úlohu v potravinárskom, textilnom a kožiarskom priemysle. Predstavujú viac ako 60% celkových predaných enzýmov.
Zrážanie mlieka je hlavným stupňom výroby syra. Vyrába sa z koagulačných enzýmov, ktoré sa pripravujú proteolytickými enzýmami, čo je najstaršia aplikácia enzýmov známa už tisíce rokov. Historicky je zrazenina extrahovaná zo žalúdka prežúvavcov najbežnejšie používaným zdrojom enzýmov pri výrobe syrov, aj keď existujú dôkazy o skorom použití koagulačných enzýmov v mikroorganizmoch a rastlinách.
Tvaroh je komplex enzýmov produkovaných v žalúdku ľubovoľného cicavca, vrátane proteáz, ktoré zrážajú mlieko a vytvárajú ho tak na pevnú časť (tvaroh) a tekutú časť (srvátka). Prítomnosť týchto enzýmov je v žalúdkoch mladých cicavcov veľmi dôležitá na trávenie materského mlieka, ktorým sú dojčené. Hlavný aktívny enzým v zrazenine sa nazýva chymozín alebo renín (EC 3.4.23.4) spolu s pepsínom a lipázou.
Prirodzený teľací tvaroh sa extrahuje z vnútornej sliznice štvrtej komory žalúdka mladých neodstavených teliat. Tvaroh extrahovaný z odležaných teliat, kŕmený trávou alebo obilninami, obsahuje menej alebo žiadny chymozín, ale viac pepsínu.
Tento tvaroh sa dá použiť iba na niektoré špeciálne druhy mlieka a syrov. Každý druh prežúvavca produkuje špeciálny druh syridla na trávenie mlieka svojho druhu, takže existuje napríklad kozia zrazenina na zrážanie kozieho mlieka alebo jahňacia zrazenina na zrážanie ovčieho mlieka.
Alternatívy pre zrazeninu
Produkcia syrov sa od roku 1961 zvýšila asi 3,5-násobne, zatiaľ čo dostupnosť tvarohu poklesla v dôsledku zníženého počtu zabitých odstavených teliat, pričom poľnohospodári uprednostňovali ich chov na účely poskytovania konzumácie mäsa. K tomu sa pridáva vysoká cena zrazeniny, náboženské obmedzenia a etnické predpisy týkajúce sa používania zvieracích sekrétov v potravinách (napr. V judaizme a islame), vegetariánska strava alebo zákaz používania rekombinantnej teľacej zrazeniny (vo Francúzsku, Nemecku a Holandsku). . Všetky tieto faktory prispeli k hľadaniu iných zdrojov enzýmov s potenciálom zrážania mlieka, ako sú tie, ktoré sú už známe.
Existuje veľa alternatívnych zdrojov zrážania enzýmov, rastlín a mikroorganizmov, ktoré môžu nahradiť živočíšnu zrazeninu. Chemosín vyrobený fermentáciou (kvasením vyprodukoval chimosín, FPC) sa používa hlavne na výrobu syrov v Severnej Amerike a Európe, pretože je lacnejší a má lepšiu kvalitu ako tvaroh. Ako náhrady zrazenín sú vhodné enzýmy produkované mikroorganizmami, ale veľký záujem bol o koagulačné enzýmy extrahované z rastlín.
Tieto enzýmy sú prítomné takmer vo všetkých druhoch rastlinných tkanív a zdá sa, že všetky proteolytické enzýmy majú schopnosť zrážať mlieko za vhodných podmienok. Takmer všetky enzýmy používané na zrážanie mlieka patria do asparágových proteáz, ale používajú sa aj enzýmy z iných skupín, ako sú cysteínové a serínové proteázy.
Rastlinné extrakty sa odpradávna používali na zrážanie mlieka na získanie syra, najmä v stredomorských krajinách, západnej Afrike a južnej Európe.
Homer teda navrhol v Ilias a Odysea, že Gréci zrážali mlieko s figovým extraktom. Španielsko a Portugalsko majú najrôznejšie druhy syrov vyrobené z koagulačných enzýmov bodliaka (Artičok sp.): Los Pedroches, La Serena, Torta del Casar (ovčie mlieko), Los Ibores (kozie mlieko) a Fluor de Guia (zo zmesi ovčieho a kravského mlieka) v Španielsku a syry Serra a Serpa v Portugalsku. Sodomské jablkové extrakty (Calotropis procera) sa používali na výrobu syrov v západoafrických krajinách, ako je Nigéria a Beninská republika.
Výskum v posledných desaťročiach rozšíril zoznam rastlín alebo častí rastlín, ktoré obsahujú enzýmy s vlastnosťami zrážania mlieka: kyselina fytová získaná z nefermentovaných sójových bôbov, aloe (Aloe vera), ananás (Ananas comosus), burina hada (Euphorbia hirta), uhorka (Cucumis sativus), bodliaky (čeľaď Asteraceae, Cynara cardunculus), tekvica (Maximálna cucurbita), listy žihľavy (Urtica dioica), listy alebo kvety sodomského jablka (Calotropis procera), sušené kapary (Capparis spinosa), Európske semi-vodné nechtíky (Ranunculus ligua), trpasličí brečtan (Glechoma hederacea), sušený latex papáje (Vložte papáju), šťovík (francúzsky šťovík, Rumex scutatus, šťavel obyčajný, Rumex acetosa alebo šťovík oviec, Rumex acetosella), slez (Althaea officinalis), melónová zima (Benincasa cerifere), slnečné vajcia (Drosera rotundifolia), sânziene (Galium verum), semená moringy (Moringa oleifera), ricínové semená (Ricinis communis), obyčajný fig (Ficus carica), withania (Withania coagulans alebo Withania somnifera) atď.
Tabuľka 1 uvádza niektoré príklady rastlín, z ktorých sa extrahujú proteázy, pre ktoré je známa aktivita zrážania mlieka a aktivita proteázy v jednotkách/ml.
Syry vyrobené z ktoréhokoľvek z týchto enzýmov sú vhodné pre lakto-vegetariánov. Rastlinné proteázy sa môžu tiež použiť na výrobu kóšer a halal syrov, hoci v súčasnosti sa takmer všetky kóšer syry na celom svete získavajú buď z myrobiálnych proteáz alebo z zrazeniny vyrobenej fermentáciou. Komerčné prípravky zvyčajne obsahujú proteázy syntetizované Mucor miehei.
stôl 1. Obsah bielkovín, koagulačná aktivita a proteázová aktivita v niektorých rastlinách
Činnosť zrážanie mlieka, jednotky/ml
Proteázová aktivita, jednotky/ml