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 козленка 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 протезолитические 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, предпочитаются им 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 FPC 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 сычужным ферментом животного или микробного происхождения: 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]