Сычужный фермент ( / ˈ r ɛ n ɪ t / ) представляет собой сложный набор ферментов , вырабатываемых в желудках жвачных млекопитающих. Химозин , его ключевой компонент, представляет собой фермент протеазу , свертывающий казеин в молоке. Помимо химозина, сычужный фермент содержит другие ферменты, такие как пепсин и липаза .
Сычужный фермент традиционно использовался для разделения молока на твердый творог и жидкую сыворотку , используемую при производстве сыров. Сычужный фермент телят стал менее распространенным для этого использования, до такой степени, что сегодня менее 5% сыра в Соединенных Штатах производится с использованием сычужного фермента животного происхождения. [1] Большая часть сыра в настоящее время производится с использованием химозина , полученного из бактериальных источников.
Одним из основных действий сычужного фермента является его протеаза химозин, расщепляющая каппа- казеиновую цепь. [2] Казеин является основным белком молока . Расщепление удаляет слегка отрицательно заряженный гликомакропептид (ГМП) с поверхности мицеллы казеина. Поскольку отрицательные заряды отталкивают другие отрицательные заряды, GMP предотвращает прилипание мицелл казеина друг к другу. При удалении GMP мицеллы казеина могут начать группироваться и терять свой полярный заряд, заставляя их подниматься из полярных молекул воды и присоединяться к неполярному молочному жиру в составе сырного творога. Это действие усиливается в присутствии сильных ионов, например, образующихся из кальция и фосфата. Таким образом, эти химикаты иногда добавляются в дополнение к уже существующим количествам в процессе изготовления сыра, особенно в козье молоко с низким содержанием фосфата кальция. Твердая усеченная белковая сеть казеина улавливает другие компоненты молока, такие как жиры и минералы, для создания сыра. [ нужна цитата ]
Сычужный фермент теленка извлекают из внутренней слизистой оболочки четвертой камеры желудка ( сычуга ) молодых кормящих телят при разделке скота. Эти желудки являются побочным продуктом производства телятины . [3] Сычужный фермент, полученный от телят старшего возраста ( откормленных травой или зерном ), содержит меньше химозина или совсем не содержит его , но имеет высокий уровень пепсина и может использоваться только для особых видов молока и сыров. Поскольку каждое жвачное животное производит особый вид сычужного фермента для переваривания молока своего вида, доступны сычужные ферменты, специфичные для молока, такие как сычужный фермент козла для козьего молока и сычужный фермент ягненка для овечьего молока . [4]
Высушенные и очищенные желудки молодых телят нарезают на мелкие кусочки, а затем помещают в соленую воду или сыворотку вместе с небольшим количеством уксуса или вина для снижения pH раствора. Через некоторое время (ночь или несколько дней) раствор фильтруют. Сырой сычужный фермент, который остается в отфильтрованном растворе, затем можно использовать для свертывания молока. Около 1 грамма этого раствора обычно может свертывать от 2 до 4 литров молока. [5]
Желудки глубокой заморозки измельчают и помещают в раствор, экстрагирующий ферменты. Затем сырой сычужный экстракт активируют добавлением кислоты; ферменты в желудке производятся в неактивной форме и активируются желудочной кислотой . Затем кислоту нейтрализуют , а сычужный экстракт фильтруют в несколько стадий и концентрируют до достижения типичной эффективности примерно 1:15 000; это означает, что 1 г экстракта может свернуть 15 кг молока. [ нужна цитата ]
В одном килограмме сычужного экстракта содержится около 0,7 г активных ферментов, остальное — вода и соль и иногда бензоат натрия ( Е211 ) 0,5–1,0% для консервации. Обычно в 1 кг сыра содержится около 0,0003 г сычужных ферментов. [6] [7]
Из-за ограниченной доступности желудков млекопитающих для производства сычужного фермента сыроделы искали другие способы свертывания молока, по крайней мере, со времен Римской империи . Множество источников ферментов, которые могут заменить животный сычужный фермент, варьируются от растений и грибов до микробных источников. [8] Сыры, изготовленные из любого из этих сортов сычужного фермента, подходят лактовегетарианцам , а также тем, кто соблюдает кошерность . Химозин, полученный в результате ферментации, сегодня чаще используется в промышленном сыроделии в Северной Америке и Европе, поскольку он дешевле, чем сычужный фермент животного происхождения. [9]
Многие растения обладают коагулирующими свойствами. Гомер в «Илиаде» предполагает , что греки использовали экстракт инжирного сока для свертывания молока. [10] Другие примеры включают несколько видов Galium , сушеные листья каперсов , [11] крапиву , чертополох , мальву , Withania coagulans (также известную как Paneer Booti, Ashwagandh и Indian Cheesemaker) и земляной плющ . В некоторых традиционных производствах сыра в Средиземноморье используются ферменты чертополоха или цинары (артишоки и кардоны). Также можно использовать фитиновую кислоту, полученную из неферментированных соевых бобов , или химозин, полученный при ферментации (FPC). [ нужна цитата ]
Растительный сычужный фермент можно использовать при производстве кошерных и халяльных сыров, но почти все кошерные сыры производятся либо с использованием микробного сычужного фермента, либо с использованием FPC. [ нужна цитация ] Коммерческие так называемые растительные сычужные ферменты обычно содержат экстракт плесени Rhizomucor miehei, описанной ниже. [ нужна цитата ]
Некоторые плесени, такие как Rhizomucor miehei, способны вырабатывать протеолитические ферменты. [12] Эти плесени производятся в ферментере , а затем специально концентрируются и очищаются, чтобы избежать загрязнения неприятными побочными продуктами роста плесени. [13]
Традиционное мнение состоит в том, что эти коагулянты приводят к появлению горечи и снижению выхода сыра, особенно при длительной выдержке. За эти годы [ когда? ] микробные коагулянты значительно улучшились, во многом благодаря описанию и очистке вторичных ферментов, ответственных за образование горьких пептидов/неспецифическое протеолитическое расщепление в сыре, выдержанном в течение длительного времени. Следовательно, стало возможным производить несколько высококачественных сыров с использованием микробного сычужного фермента. [14]
Он также подходит для производства веганского сыра, при условии, что при его производстве не используются ингредиенты животного происхождения. [15]
Из-за указанных выше недостатков микробных и животных сычужных ферментов многие производители искали другие замены сычужного фермента. С помощью генной инженерии стало возможным изолировать гены сычужного фермента у животных и ввести их в определенные бактерии , грибы или дрожжи , чтобы заставить их производить рекомбинантный химозин во время ферментации. Генетически модифицированный микроорганизм погибает после ферментации, а химозин выделяют из ферментационного бульона, поэтому химозин , полученный в результате ферментации (FPC), используемый производителями сыра, не содержит ГМО или какой-либо ГМО-ДНК. FPC идентичен химозину, вырабатываемому животными, но производится более эффективным способом. Продукты FPC присутствуют на рынке с 1990 года и, поскольку количество, необходимое на единицу молока, может быть стандартизировано, они являются коммерчески жизнеспособной альтернативой сырым животным или растительным сычужным ферментам, а также, как правило, предпочтительнее их в промышленном производстве. [16]
Первоначально созданный биотехнологической компанией Pfizer , FPC был первым искусственно произведенным ферментом, зарегистрированным и разрешенным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США . [17] [18] В 1999 году около 60% твердых сыров в США производились с использованием FPC, [19] и на долю сычужного фермента приходилось до 80% мирового рынка. [20] К 2017 году ФПК займет 90% мирового рынка сычужного фермента. [21]
Наиболее широко используемый ФПК производится грибом Aspergillus niger и продается под торговой маркой CHY-MAX [22] датской компанией Chr. Hansen , или производится Kluyveromyces Lactis и продается под торговой маркой Maxiren голландской компанией DSM. [23]
FPC представляет собой химозин B, поэтому он чище животного сычужного фермента, который содержит множество белков. FPC дает производителю сыра несколько преимуществ по сравнению с животным или микробным сычужным ферментом: более высокий выход продукции, лучшая текстура творога и пониженная горечь. [16]
Сыры, произведенные с использованием FPC, могут быть сертифицированы как кошерные [24] [25] и халяльные [25] и подходят для вегетарианцев, если при производстве химозина в ферментере не использовались продукты животного происхождения. [ нужна цитата ]
Многие мягкие сыры производятся без использования сычужного фермента путем коагуляции молока кислотой, например лимонной кислотой или уксусом , или молочной кислотой , вырабатываемой скисшим молоком . Таким способом традиционно готовят сливочный сыр , панир , рубинг и другие кислые сыры . Подкисление также может происходить в результате бактериальной ферментации, например, в кисломолочных продуктах . [ нужна цитата ]
Веганские альтернативы сыру производятся без использования животного молока, а вместо них используются соя, пшеница, рис или кешью. Их можно коагулировать кислотой, используя такие источники, как уксус или лимонный сок. [26] [27] [28] [29]
В езидизме считается, что Земля сгустилась и сформировалась, когда сычужный фермент потек из Белого источника небесного Лалиша на небесах в Первобытный океан. [30]