Labferment

Verwandte Lektüre

Rennin ist eine Aspartatprotease, die erstmals im Magen nicht entwöhnter Kälber nachgewiesen wurde. Es spaltet spezifisch die Peptidbindung zwischen Phe105 und Met106 des κ-Caseins in Milch und destabilisiert dadurch die Caseinmizellen. Die Milchgerinnung, die Gerinnungsleistung (Labwirkung) sowie die proteolytische Aktivität machen Rennin zu einem Schlüsselenzym für die Ausbildung von Textur und charakteristischem Aroma in der Käseherstellung; es wird daher breit in der Produktion von Käse und Joghurt eingesetzt. Lab ist im Magensaft von Säugetieren enthalten und kann Milchproteine zu Käsebruch koagulieren, der anschließend durch verschiedene Proteasen leicht verdaut werden kann. Lab verbessert lediglich die Effizienz der Enzymwirkung und wird nicht als eigenständiges Enzym gezählt. Da Nicht-Säugetiere keine Milch aufnehmen, ist Lab dort nur selten vorhanden. Lab ist ein unverzichtbares Präparat für die Käseproduktion; sein Produktionswert macht 15,5 % des Gesamtproduktionswerts aller Enzympräparate aus. Hauptquelle ist die Magenschleimhaut nicht entwöhnter Kälber.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Rennin.

Herkunft

• Tierisches Lab: Lab wurde ursprünglich aus der Schleimhaut des vierten Magens (Labmagen) von Kälbern gewonnen; später wurde es auch aus den Mägen anderer Tiere extrahiert. Aufgrund der Instabilität tierischen Labs sowie unter Berücksichtigung ethnischer und religiöser Aspekte haben Forschende den Schwerpunkt auf Lab mikrobiellen und pflanzlichen Ursprungs verlagert.
• Pflanzliches Lab: Viele Pflanzen enthalten ein breites Spektrum an Proteasen, die Milch gerinnen lassen können. Derzeit gibt es mehrere Forschungsansätze, u. a. zu Papain, Feigenprotease, Bromelain, Ingwerprotease, Albizin, Artischockenprotease usw.
• Mikrobielles Rennin: Mikroorganismen bieten Vorteile wie kurze Wachstumszyklen, hohe Ausbeuten, geringen Zeit- und Flächenbedarf, niedrige Produktionskosten, einfache Gewinnung sowie hohe Wirtschaftlichkeit. Sie gelten derzeit als die vielversprechendste Entwicklungsrichtung für Labquellen. Bislang wurden mehr als 40 Mikroorganismen identifiziert, die verwertbares Lab produzieren können, hauptsächlich Pilze, Actinomyceten, Bakterien usw.

Eigenschaften

Die Löslichkeit von Lab wird durch pH-Wert, Temperatur und Ionenstärke der Lösung beeinflusst. Es ist in NaCl-Lösung mit pH 5,5 und einer Konzentration von 1 mol/L löslich. Die Kristallstruktur von Lab ist bei 25 °C relativ stabil, und die Löslichkeit steigt mit zunehmender Ionenstärke. Der isoelektrische Punkt von Lab liegt bei pH 4,5; am stabilsten ist es bei pH 5,3–6,3. Bei pH 3–4 nimmt die Aktivität aufgrund von Selbstabbau ab. Unter alkalischen Bedingungen kommt es zu einer irreversiblen Konformationsänderung, wodurch die Aktivität reduziert wird.

Darreichungsformen von Lab

Lab ist in drei Darreichungsformen verfügbar: flüssig, als Pulver und als Tablette. Traditionell wurde Lab aus dem Labmagen (vierter Magen) von Kälbern gewonnen. Mit dem Fortschritt der Labforschung erweitert sich die Herkunft kontinuierlich. Heute werden drei Kategorien unterschieden: tierisches Lab (aus Rindermagen, Schweinemagen und Ziegenmagen), pflanzliches Lab (aus Feigensaft und Ananasfrucht) sowie mikrobielles Lab (aus Schimmelpilzen und Hefen). Das in der dänischen Käseproduktion eingesetzte Schimmelpilzlab ist weit verbreitet.

Mechanismus

Die Gerinnungswirkung von Lab erfolgt in zwei Schritten: Im ersten Schritt wird die Peptidbindung zwischen Phe105 und Met106 der κ-Casein-Polypeptidkette in der Milch enzymatisch hydrolysiert, wodurch stabiles Para-κ-Casein und ein wasserlösliches Glykomakropeptid entstehen. Im zweiten Schritt, wenn etwa 80 % des gesamten κ-Caseins hydrolysiert sind, bilden sich in Anwesenheit von Calciumionen über chemische Bindungen zwischen den Caseinmizellen ein Gel/Koagulat bzw. geronnene Milch. Dies ist darauf zurückzuführen, dass κ-Casein-Moleküle an der Oberfläche der Caseinmizellen lokalisiert sind und die Untereinheiten durch hydrophobe Bindungen sowie Wechselwirkungen mit kolloidalem Calciumphosphat miteinander verbunden sind.

Einflussfaktoren

• pH: Die Renninaktivität ist in saurer Umgebung am höchsten; bereits geringe Änderungen der Säure im Rohmilchsystem können die Labaktivität deutlich beeinflussen. Der Großteil der Renninaktivität stammt von Trypsin, ein kleiner Teil von Rinderpepsin (bei Schweinelab ist der wirksame Bestandteil hingegen Schweinepepsin). Der optimale pH-Wert von Trypsin liegt bei 5,4, während der optimale pH-Wert von Pepsin niedriger ist als der von Trypsin.
• Temperatur: Die optimale Temperatur für Lab liegt bei 42 °C. (Bei 55–60 °C wird das Enzym selbst zerstört.) Da die Milchtemperatur die Gerinnungsgeschwindigkeit signifikant beeinflusst, beträgt bei 30 °C die Gerinnungszeit der Rohmilch das 2- bis 3-Fache im Vergleich zu 42 °C. In der praktischen Käseherstellung wird die Milchtemperatur jedoch üblicherweise bei 30–33 °C gehalten: Zum einen wegen der optimalen Wachstumstemperatur der Milchsäurebakterien (z. B. liegt die optimale Temperatur von Streptococcus bei etwa 30 °C; maximal sollten 40 °C nicht überschritten werden); zum anderen führt eine höhere Milchtemperatur zu einer zu schnellen Bruchverfestigung, wodurch das anschließende Schneiden erschwert wird.
• Ca²⁺-Konzentration: Durch Lab umgesetztes Casein kann nur in Anwesenheit freier Calciumionen in der Rohmilch koagulieren. Daher beeinflusst die Calciumionenkonzentration die Gerinnungszeit, die Bruchfestigkeit und die Molkenabgabe.