Der Milchsektor der Lebensmittelindustrie ist ein traditioneller Anwender von Enzymen. Das bekannteste Enzympräparat in der Milchverarbeitung ist natürlich das Lab, ein Sammelbegriff für kommerzielle Präparate, die saure Proteasen enthalten, die aus tierischem Gewebe gewonnen werden. Diese Produkte gerinnen Milch, indem sie ein stark geladenes Peptidfragment von κ-Kasein an der Oberfläche des mizellaren Kaseins, der Hauptform des Milchproteins, entfernen. Destabilisierte Kaseinmizellen aggregieren und bilden die Struktur des Milchgerinnsels, das anschließend durch Milchsäurebakterien angesäuert wird, um Käsebruch herzustellen.

Neben der Verwendung von milchgerinnenden Enzymen zur Käseherstellung nutzt die Milchindustrie auch Enzyme wie Lipasen, nicht gerinnende Proteasen, Aminopeptidasen, Laktasen, Lysozym, Laktoperoxidase und Transglutaminase. Einige dieser Anwendungen sind traditionell (Lipase zur Geschmacksverstärkung), während andere relativ neu sind (Laktosehydrolyse, beschleunigte Käse-Reifung, Kontrolle mikrobiologischer Verderbnis, Modifikation der Protein-Funktionalität).

Milchgerinnendes Enzym

Von den tierischen Labauszügen gilt Kälberlab weithin als das ideale milchgerinnende Enzym für die Käseherstellung. Dies liegt zum Teil an der traditionellen Vertrautheit mit dem Produkt durch lange Nutzung, aber die Präferenz hat auch eine solide wissenschaftliche Grundlage, da Kälberlab typischerweise zu 80–90 % aus Chymosin (EC 3.4.23.4) besteht. Das bedeutet, dass der Großteil des Kaseinabbaus im Käsekessel sehr gezielt auf κ-Kasein zur Milchgerinnung gerichtet ist und nicht auf die anderen Kaseine. Unspezifische Proteolyse von α- und β-Kasein während der Bruchbildung kann zum Verlust von Kasein-Stickstoff in der Molke führen und so die Ausbeute des Käseprozesses verringern.

Die weltweit am häufigsten verwendete Alternative zu Kälberlab in der Käseindustrie ist fermentativ hergestelltes Chymosin (FPC), das derzeit die Hälfte der weltweiten Produktion von enzymatisch geronnenem Käse ausmacht. Es wird durch großtechnische Fermentation von gentechnisch verändertem Kluyveromyces lactis oder Aspergillus niger hergestellt. In beiden Fällen wurde das Mikroorganismus mittels Gentechnik durch Einbau des Kälber-Prochymosin-Gens in den Wirtsorganismus mit einem geeigneten Promotor modifiziert, um eine effiziente Sekretion in das Nährmedium zu gewährleisten. Das Enzym lässt sich relativ einfach aus der Kultur ernten und reinigen, im Gegensatz zum früheren Produktionssystem mit Escherichia coli, bei dem Chymosin in Einschlusskörpern produziert wurde.

Käse-Reifungsenzym

Die Enzyme und Enzym-"Pakete", die zur Modifikation, Verbesserung oder Beschleunigung der Käse-Reifung eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus mehr als einer Enzymklasse und werden hier der Übersichtlichkeit halber als technologische Gruppe und nicht als einzelne Klassen behandelt. Zu den in der kommerziellen Reifungstechnologie eingesetzten Klassen gehören viele Hydrolasen, vertreten durch Proteinase, Peptidasen und Lipasen. Sollte die aktuelle Forschung erfolgreich sein, könnte diese Liste bald um Stoffwechselenzyme wie Acetyl-CoA-Synthasen und aminosäureabbauende Enzyme zur Erzeugung flüchtiger Ester und Schwefelverbindungen erweitert werden. Angesichts der sehr umfangreichen weltweiten Forschungsaktivitäten und Literatur zur Enzymologie der Käse-Reifung ist es bemerkenswert, dass nur wenige Enzymunternehmen erfolgreich kommerzielle Enzympakete für die Käsetechnologie entwickelt haben, abgesehen von den Methoden zur Herstellung von gereiftem enzymmodifiziertem Käse (EMC) zur Herstellung von Geschmacksstoffen für Schmelzkäse und käseähnliche Lebensmittel.

Lipase

Obwohl Lipasen in der Käsearomatisierung eingesetzt werden, werden sie auch zur Herstellung modifizierter Milchfettprodukte für andere Lebensmittelanwendungen verwendet. Lipolysiertes Milchfett (LMF) hat ein cremiges, buttriges und käsiges Aroma, das von kurz- bis mittelkettigen Fettsäuren und chemischen Derivaten der Fettsäuren stammt, die durch Lipasen aus Milchfett freigesetzt werden. Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von LMF ist entweder Kondensmilch oder Butteröl, das emulgiert wird, um die Fettoberfläche zu maximieren und die Lipase zu aktivieren. Lipasen werden zugesetzt und verbleiben bei optimaler Temperatur für das verwendete Enzym im Kontakt mit dem Substrat, bis das gewünschte Aroma erreicht ist oder ein vorbestimmter Säuregradwert (ADV) erreicht wird, der einer messbaren Freisetzung von Fettsäuren durch die Lipase entspricht.

Chemische Umesterung, Acidolyse, Alkohololyse und Transesterifizierung werden seit vielen Jahren zur Modifikation der physikalischen/funktionellen Eigenschaften von Milchfett eingesetzt, aber in jüngerer Zeit hat die Lipasetechnologie diese chemische Technologie ersetzt, um eine präzisere und "sauberere" Verarbeitung zu ermöglichen. Insbesondere wurden Milchfett-Ersatzstoffe als teilweiser Ersatz für Milchfett in Säuglingsnahrung hergestellt. Die Fraktionierung von Milchfett durch physikalische Methoden ist jedoch die kommerziell bevorzugte Option für die Modifikation von Milchfett in Milchproduktanwendungen.

Laktoperoxidase

Laktoperoxidase (LP) (EC 1.11.1.7) kommt natürlich in Rohmilch, Kolostrum und Speichel vor; sie wird als Teil des Schutzsystems für säugende Tiere gegen Darminfektionen angesehen. Laktoperoxidase wirkt bakterizid auf gramnegative Bakterien und bakteriostatisch auf grampositive. Sie ist eine Peroxidase, die Wasserstoffperoxid verwendet, um das Thiocyanat-Ion zu Hypothiocyanat, dem aktiven bakteriziden Molekül, zu oxidieren.

Lysozym

Lysozym wird von den führenden Anbietern von Milchenzymen als alternatives Kontrollmittel gegen das sogenannte "späte Blähen" verkauft, einen Texturfehler mit Rissen und unregelmäßigen Löchern, der durch die butyrische Gärung in Gouda, Danbo, Grana Padano, Emmental und anderen wichtigen Hart- und Schnittkäsesorten verursacht wird. Traditionell wurde dieser Defekt, der durch Clostridium tyrobutyricum in Rohmilch verursacht wird, durch die Zugabe von Kaliumnitrat zur Käsereimilch kontrolliert. Diese Praxis wird jedoch eingestellt, da sie mit der Bildung von Karzinogenen in Verbindung gebracht wird, und Lysozym ist zum bevorzugten Kontrollmittel geworden.

Referenz

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1. Whitehurst R J, Law B A, Whitehurst R J, et al. Enzyme in der Lebensmitteltechnologie. [J]. Enzymes in Food Technology, 2002, 32(4):1-17.