ВНИИМС: «И снова о ферментах»

ПРОДУКТ.BY уже рассказывал о молокосвертывающих ферментных препаратах микробного происхождения и об их применении в сыроделии. Сегодня мы продолжим тему и поговорим о рекомбинантных ферментах, получаемых от микроорганизмов с измененным генным кодом.

Ведущий научный сотрудник отдела биохимии ВНИИМС, кандидат технических наук Дмитрий МЯГКОНОСОВ:

Все вопросы, связанные с их внедрением в практику, глубоко прорабатывают коллеги из ВНИИМС. Мы благодарим за предоставленную информацию коллектив авторов: ведущего научного сотрудника, кандидата технических наук Дмитрия МЯГКОНОСОВА; ведущего научного сотрудника, кандидата биологических наук Дмитрия АБРАМОВА; заведующую отделом сыроделия, кандидата технических наук Валентину МОРДВИНОВУ; научного сотрудника Елену ОВЧИННИКОВУ, младшего научного сотрудника Татьяну МУНИЧЕВУ.

На момент начала промышленного выпуска рекомбинантных молокосвертывающих ферментных препаратов (МФП) в 1990 годах считалось, что рекомбинантные химозины (РХ) полностью вытеснят микробные коагулянты, а натуральный сычужный фермент (СФ) будет востребован только в очень малых объемах для производства так называемых крафтовых сыров в малых сыроварных. Однако этого не случилось. Почему?

Причина — в наличии у РХ, наряду с неоспоримыми преимуществами, некоторых недостатков. Главные — предубеждение потребителей к продукции с использованием ГМО и запрет на их производство в некоторых странах; более выраженный вкус сыров, изготовленных с МФП животного или микробного происхождения; привлекательная цена микробных МФП.

Объективность требует рассмотрения специфики применения РХ в сыроделии: микробные МФП имеют некоторые особенности применения, которые необходимо учитывать. Оценим плюсы и минусы.

Стабильность свертывания молока

Основное преимущество рекомбинантных химозинов — высокая стабильность действия при свертывании молока. Рекомбинантные химозины гарантированно свертывают молоко даже при активной кислотности свежего молока (рН = 6,6–6,7), а на продолжительность свертывания мало влияют колебания по содержанию белка и ионов кальция в молоке. Это важно ввиду двух причин:

• повышение качества молока, достигнутое за счет лучшей гигиены содержания коров, условий дойки и хранения молока, приводит к тому, что на завод поступает молоко с недостаточной кислотностью (на уровне рН = 6,6–6,7);
• широкое распространение бактериальных концентратов и заквасок прямого внесения, процесс активизации которых продолжается 30–45 мин и не сопровождается ростом кислотности молока. Предварительное их введение за 30–45 мин до внесения сычужного фермента признано нежелательным, так как повышает риск поражения культуры бактериофагом и увеличивает продолжительность технологического процесса.

Повышение выхода сыра

Животные и микробные МФП более протеолитически активны. После внесения в молоко они сразу начинают расщепление казеинов с образованием водорастворимых азотистых веществ, которые необратимо переходят в сыворотку на стадии обработки зерна. РХ имеют значительно меньшую протеолитическую активность в отношении казеинов молока (табл. 1).

Наибольшее применение рекомбинантный химозин находит в сыродельной промышленности США и стран Британского содружества (Великобритания, Ирландия, Канада, Австралия и Новая Зеландия). Там доля рекомбинантного химозина среди используемых молокосвертывающих ферментных препаратов составляет 80–90 %.

Увеличение срока хранения сыра

Низкая степень неспецифического протеолиза РХ позволяет достигнуть увеличения срока хранения. Известно, что консистенция сыра зависит от степени протеолиза белков. Чем медленнее процесс протеолиза, тем медленнее идет разрушение белковой матрицы, и тем медленнее размягчается сырная масса, и длительнее срок хранения сыра.

Долгое время серьезной проблемой было сохранение плотной консистенции, обязательной, например, для сыра «Чеддер» на протяжении всего срока хранения. При низкой температуре второго нагревания фермент сохраняет  активность. Результат его протеолитического действия — нежелательное размягчение консистенции сыра. Однако проблема успешно решается при использовании РХ.

В сырах с высоким содержанием влаги протеолиз протекает ускоренно. Это касается и сыров с чеддеризацией, и продуктов с плавлением сырной массы («Паста Филата», «Моцарелла», «Сулугуни»). Типичная тянущаяся при нагревании текстура этих сыров утрачивается в результате протеолиза белков сырной массы. Использование при их производстве МФП с высоким соотношением C/P обеспечивает сыру длительное сохранение желательной консистенции и увеличивает срок хранения до 12 недель (до 2,5–3 месяцев).

Согласно рекомендациям зарубежных исследователей, рекомбинантные химозины целесообразно применять:

• в целях повышения выхода сыра;
• для увеличения сроков хранения сыров;
• при производстве сыров с чеддеризацией и плавлением сырной массы для получения тянущейся структуры, сохраняющейся на протяжении длительного срока хранения;
• при производстве сыров, созревающих с участием микрофлоры поверхностной слизи (для замедления размягчения консистенции и удлинения сроков хранения);
• для получения плотной консистенции сыра, облегчающей его нарезание и натирание для порционной упаковки.

Наибольшее применение рекомбинантный химозин находит в сыродельной промышленности США и стран Британского содружества (Великобритания, Ирландия, Канада, Австралия и Новая Зеландия). Там доля рекомбинантного химозина среди используемых МФП составляет 80–90 %. Это связано с тем, что преобладающими разновидностями сыров, выпускаемых в США и Великобритании, являются «Чеддер» и «Моцарелла», для производства которых, как сказано выше, РХ является наилучшим видом фермента.

Недостатки — как продолжение достоинств

Недостатки рекомбинантных химозинов являются прямым следствием их достоинств. Их низкая протеолитическая активность позволяет увеличить выход и срок хранения сыра. Но низкая степень протеолиза желательна отнюдь не для всех типов сыра. К примеру, для сыров голландского ряда («Эдам», «Гауда», «Маасдам») недостаточная степень протеолиза ведет к получению излишне плотной, резинистой консистенции и невыраженного вкуса. Об отрицательном влиянии на вкусовые показатели сыров типа «Голландского» МФП с низкой протеолитической активностью было известно еще до внедрения в практику сыроделия РХ. Исследованиями, проведенными еще в середине прошлого века, установлено, что сыры, изготовленные с химически чистым телячьим химозином, имеют недостаточную степень зрелости (невыраженный вкус и излишне плотную консистенцию) в сравнении с сырами, выработанным с препаратами телячьего химозина стандартной очистки.

Невыраженный или нетипичный вкус отталкивает покупателей. В частности, во Франции, которая является страной развитого сыроделия со сложившимися за столетия традициями производства и потребления сыра (с учетом интересов потребителей), работают с традиционным СФ или микробными коагулянтами, обеспечивающими быстрое созревание и насыщенный вкус. По состоянию на 2012 год во Франции доля рекомбинантного химозина среди коагулянтов, используемых в сыроделии, составляла всего 14 %. Рекомбинантный химозин не востребован также в сыродельной промышленности Нидерландов и Германии. В этих станах выпускаются в основном так называемые континентальные сорта («Эдам», «Гауда», «Маасдам»). Для них особенно важны пластичная консистенция и выраженный сырный вкус, чего нельзя в полной мере достигнуть при использовании РХ.

С недостатками можно бороться

Чтобы нивелировать этот недостаток, рекомендуется использовать специальные заквасочные культуры для ускорения созревания, например, DVS® CR Full Flavor (Chr Hansen A/S) или Delvo®Cheese CT-Taste (DSM Food Specialties). Но такой подход ведет к дополнительным расходам.

Признавая низкую активность протеолиза за недостаток РХ, производители начали выпускать на их основе МФП с «контролируемым» протеолизом. Для усиления недостаточной протеолитической активности или изменения ее специфичности препараты рекомбинантного химозина модифицировали путем введения в их состав дополнительных протеолитических ферментов:

• препарата Chy-max® Special (содержит 80 % рекомбинантного химозина верблюда, 20 % бычьего пепсина);
• препарата Maxiren® Premiumи (рекомбинантный химозин теленка, смешанный с карбоксипептидазой, полученной из отобранного штамма Aspergillus niger).

_____________________________________________________________________________________________________________________________

Препарат Chy-max® Special рекомендуется использовать для производства мягких сыров, созревающих с участием поверхностной микрофлоры, например, «Камамбера».
Это дает две выгоды:

• быстрое накопление достаточного количества растворимого азота для требуемого размягчения консистенции и формирования вкуса сыра (за счет повышенной активности пепсина в условиях низкого уровня рН сыра на начальной стадии созревания);
• длительное сохранение плотной консистенции сыра в хранении (за счет ослабления протеолитической активности пепсина вследствие повышения рН сыра на поздних стадиях созревания).

Препараты рекомбинантного химозина с «дополненной» протеолитической активностью появились сравнительно недавно и пока не оценены сыроделами. Результаты использования РХ при производстве сыров широко описаны в литературе. Рекомбинантные химозины, вырабатываемые бактериями E. coli, грибами Aspergillus niger и дрожжами Kluyveromyces lactis, были исследованы при производстве множества различных видов сыров (мягкие сыры, сыры с низкой и высокой температурой второго нагревания, рассольные сыры, сыры с чеддеризацией и плавлением сырной массы, сыры, созревающие с участием плесени, сыры, созревающие с участием поверхностной микрофлоры). Во всех случаях исследователями не было обнаружено существенных различий по выходу сыра, по скорости созревания и вкусовым показателям между сырами, изготовленными с применением РХ 1-го поколения, и между сырами, произведенными с натуральным телячьим СФ.

Использовать избирательно

Целесообразность специализированного использования МФП разного вида для производства различных сыров подтверждают испытания, проведенные во ВНИИМС. Были изучены технологические свойства СФ и РХ теленка и верблюжонка (молокосвертывающая и общая протеолитическая активность), а также свойства сыров, произведенных с этими ферментами. Выбранные для исследования ферментные препараты испытывались при выработках «Голландского» сыра. Созревание сыров проводили при следующих режимах: 14 суток при температуре (10–12) °С и 30 суток при (12–14) °С. Зрелый сыр хранился при температуре (2–4) °С.

Установлено, что накопление водорастворимых продуктов протеолиза в сырах с препаратами натурального и рекомбинантного телячьего химозина идет практически на одинаковом уровне. В сырах, произведенных с препаратом РХ верблюда, темпы накопления водорастворимого азота заметно ниже, чем в сырах с препаратами химозина теленка. Различия в протекании протеолитических процессов при созревании и хранении сыров с разными видами химозинов сказались на их органолептических показателях. Сыры, выработанные с натуральным сычужным ферментом, в конце срока созревания приобретают эластичную консистенцию, которая немного размягчается в процессе хранения. Сыры с рекомбинантным химозином теленка в конце срока созревания имеют немного более плотную консистенцию, которая также немного размягчается за срок хранения. Консистенция сыров, произведенных с РХ верблюда, более плотная, чем у сыров с химозином теленка (как с натуральным, так и с рекомбинантным), как по завершении срока созревания, так и через три месяца хранения. В сырах, произведенных с РХ, чаще отмечаются самокольные трещины. Таким образом, меньший уровень протеолиза в сырах с РХ сопутствует более плотной консистенции и менее выраженному вкусу таких сыров.

На основании данных, полученных как при изучении иностранного опыта, так и в результате собственных исследований по вопросам применения рекомбинантных химозинов в сыроделии, можно сделать следующие выводы:

• рекомбинантный химозин является специализированным технологическим средством, которое надо использовать для специальных целей;
• вкус сыров, получаемых с использованием рекомбинантного химозина, несколько беднее в сравнении с продуктами на натуральном телячьем сычужном ферменте, а консистенция их более плотная, вызывающая склонность к появлению самокольных трещин;
• рекомбинантный химозин верблюда больше подходит для сыров с плотной консистенцией («Чеддер») и когда необходимо обеспечить длительную сохранность консистенции («Моцарелла»), но не подходит для традиционных в России видов сыров с низкой температурой второго нагревания («Голландский») из-за получения излишне плотной консистенции и бедного вкуса;
• можно рекомендовать использовать рекомбинантные химозины в производстве сыров с низкой температурой второго нагревания для увеличения срока их хранения с рядом оговорок: такие сыры должны быть упакованы в пленку на ранней стадии созревания для недопущения усушки сырной массы, способствующей появлению самокольных трещин. 

______________________________________________________________________________________________________________________________

Неоспоримым преимуществом рекомбинантного химозина являются гарантированное стабильно высокое качество производимых с ним сыров и возможность промышленного выпуска рекомбинантного химозина в любых необходимых объемах. Исходя из текущих тенденций на рынке МФП, следует ожидать дальнейшего усовершенствования свойств МФП и разделения их по направлениям использования. Например, создание МФП для сыров с ускоренным и длительным сроками созревания, для сыров разных видов с различной спецификой созревания.

Источник: ПРОДУКТ.BY