Der Sektor der Milch- und Molkereierzeugnisse innerhalb der Lebensmittelherstellung zählt traditionell zu den etablierten Anwendern von Enzymen. Die bekannteste Enzymzubereitung in der Milchwirtschaft ist selbstverständlich Lab – ein Sammelbegriff für kommerzielle Präparate, die saure Proteasen enthalten, welche aus tierischem Gewebe gewonnen werden. Diese Produkte lassen Milch gerinnen, indem sie ein hochgeladenes Peptidfragment von κ-Casein an der Oberfläche des mizellaren Caseins – der vorherrschenden Form des Milcheiweißes – abspalten. Die destabilisierten Caseinmizellen aggregieren und bilden die Struktur des Milchgerinnsels, das anschließend durch Milchsäurekulturen angesäuert wird, um Käsebruch zu erzeugen.

Neben dem Einsatz milchgerinnender Enzyme zur Käseherstellung nutzt die Milchindustrie auch Enzyme wie Lipasen, nicht koagulierende Proteasen, Aminopeptidasen, Laktasen, Lysozym, Laktoperoxidase und Transglutaminase. Einige dieser Anwendungen sind traditionell (Lipase zur Aromaverstärkung), andere hingegen relativ neu (Laktosehydrolyse, beschleunigte Käsereifung, Kontrolle mikrobiologischen Verderbs, Modifikation der Protein-Funktionalität).

Milchgerinnungsenzym

Von den tierischen Labpräparaten gilt Kälberlab weithin als das ideale Milchgerinnungsenzym für die Käseherstellung. Dies ist teilweise auf die traditionelle Vertrautheit durch langjährige Anwendung zurückzuführen; die Präferenz hat jedoch auch eine solide wissenschaftliche Grundlage, da Kälberlab typischerweise zu 80–90 % aus Chymosin (EC 3.4.23.4) besteht. Dadurch richtet sich der überwiegende Teil des Caseinabbaus im Käsekessel sehr spezifisch gegen κ-Casein, um die Milch zu gerinnen, und nicht gegen die übrigen Caseine. Unspezifische Proteolyse von α- und β-Casein während der Bruchbildung kann zu Verlusten von Caseinstickstoff in der Molke führen und damit die Ausbeute des Käseprozesses verringern.

Die weltweit am häufigsten eingesetzte Alternative zu Kälberlab in der Käseindustrie ist fermentativ hergestelltes Chymosin (FPC), das derzeit etwa die Hälfte der weltweiten Produktion von enzymkoaguliertem Käse ausmacht. Es wird durch großtechnische Fermentation gentechnisch veränderter Kluyveromyces lactis oder Aspergillus niger hergestellt. In beiden Fällen wurde der Mikroorganismus mittels Gentechnik durch Einbau des Kälber-Prochymosin-Gens in den Wirtsorganismus – mit einem geeigneten Promotor zur Sicherstellung einer effizienten Sekretion in das Wachstumsmedium – modifiziert. Das Enzym lässt sich im Vergleich zum früheren Produktionssystem mit Escherichia coli, bei dem Chymosin in Einschlusskörperchen gebildet wurde, relativ einfach aus der Kultur gewinnen und reinigen.

Käsereifungsenzym

Die Enzyme und Enzym-„Pakete“, die zur Modifikation, Verbesserung oder Beschleunigung der Käsereifung eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus mehr als einer Enzymklasse. Zur besseren Übersicht werden sie hier als technologische Gruppe und nicht als einzelne Klassen beschrieben. Die in der kommerziellen Reifungstechnologie verwendeten Klassen umfassen zahlreiche Hydrolasen, vertreten durch Proteinase(n), Peptidasen und Lipasen; und sofern die aktuelle Forschung erfolgreich ist, könnte sich diese Liste in naher Zukunft um metabolische Enzyme wie Acetyl-CoA-Synthasen und Enzyme des Aminosäurekatabolismus erweitern, um flüchtige Ester und Schwefelverbindungen zu erzeugen. Angesichts des weltweit sehr umfangreichen Forschungsaufwands und der Literatur zur Enzymologie der Käsereifung ist bemerkenswert, dass nur wenige Enzymunternehmen – abgesehen von den Reifungsverfahren für enzyme-modified cheese (EMC) zur Herstellung von Aromazutaten für Schmelzkäse und käseähnliche Lebensmittel – erfolgreich kommerzielle Enzympakete für die Käsetechnologie entwickelt haben.

Lipase

Obwohl Lipasen in der Käsearomatechnologie eingesetzt werden, dienen sie auch zur Herstellung modifizierter Milchfettprodukte für andere Lebensmittelanwendungen. Lipolysiertes Milchfett (LMF) weist ein cremiges, buttriges und käsiges Aroma auf, das aus kurz- bis mittelkettigen Fettsäuren sowie aus chemischen Fettsäurederivaten stammt, die durch Lipasen aus Milchfett freigesetzt werden. Als Rohsubstrat zur Herstellung von LMF wird entweder Kondensmilch oder Butteröl verwendet, das zur Maximierung der Fettoberfläche emulgiert wird, um die Lipase zu aktivieren. Lipasen werden zugesetzt und bei der für das/die verwendete(n) Enzym(e) optimalen Temperatur so lange mit dem Substrat in Kontakt belassen, bis das gewünschte Aroma erreicht ist oder bis ein vorab festgelegter Acid Degree Value (ADV) erreicht wird, der der messbaren Freisetzung von Fettsäuren durch die Lipase entspricht.

Chemische Interesterifizierung, Acidolyse, Alkohololyse und Umesterung werden seit vielen Jahren eingesetzt, um die physikalischen/funktionellen Eigenschaften von Milchfett zu modifizieren; in jüngerer Zeit hat die Lipasentechnologie diese chemischen Verfahren jedoch zunehmend ersetzt, da sie eine präzisere und „sauberere“ Verarbeitung ermöglicht. Insbesondere wurden Milchfettersatzstoffe als Teilersatz für Milchfett in Säuglingsnahrung hergestellt. Für Anwendungen in Milchprodukten ist jedoch die Fettfraktionierung mittels physikalischer Verfahren die kommerziell bevorzugte Option zur Milchfettmodifikation.

Laktoperoxidase

Laktoperoxidase (LP) (EC 1.11.1.7) kommt natürlicherweise in Rohmilch, Kolostrum und Speichel vor; sie gilt als Bestandteil des Schutzsystems säugender Tiere gegen enterale Infektionen. Laktoperoxidase wirkt bakterizid gegen gramnegative Bakterien und bakteriostatisch gegen grampositive. Es handelt sich um eine Peroxidase, die Wasserstoffperoxid nutzt, um das Thiocyanat-Ion zu Hypothiocyanat zu oxidieren – dem aktiven bakteriziden Molekül.

Lysozym

Lysozym wird von den führenden Anbietern von Molkereienzymen als alternatives Kontrollmittel gegen das „Spätblähen“ angeboten – einen Texturfehler mit Rissen und unregelmäßigen Löchern, der durch die Buttersäuregärung in Gouda, Danbo, Grana Padano, Emmentaler und anderen wichtigen Hart- und Schnittkäsesorten verursacht wird. Traditionell wurde dieser Defekt, der durch Clostridium tyrobutyricum in Rohmilch ausgelöst wird, durch die Zugabe von Kaliumnitrat zur Käsemilch kontrolliert. Diese Praxis wird jedoch auslaufen, da sie mit der Bildung karzinogener Stoffe in Verbindung gebracht wird, und Lysozym hat sich als bevorzugtes Kontrollmittel etabliert.

Referenz

Verwandte Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

Verwandte Produkte

Anwendungen in Lebensmitteln und Getränken
Gesundheit, Diät und Ernährung

Um weitere Details zu unseren Dienstleistungen zu besprechen, kontaktieren Sie uns.

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