Реннин

Реннин (также известный как химозин, сычужный фермент) — это фермент класса гидролаз, относящийся к подклассу протеаз (пептидаз), который катализирует расщепление пептидной связи в молекуле казеина, вызывая свёртывание молока. Реннин является ключевым компонентом сычужного фермента, традиционно используемого в сыроделии для створаживания молока и образования сырного сгустка.

Химическая природа и свойства

Реннин представляет собой аспарагиновую протеазу, то есть фермент, в активном центре которого находятся остатки аспарагиновой кислоты. Молекула реннина состоит из двух полипептидных цепей (А- и В-цепи), связанных дисульфидными мостиками. Молекулярная масса фермента составляет около 35–40 кДа. Оптимум pH для активности реннина находится в диапазоне 5,5–6,5, а оптимальная температура — около 37–40 °C. Фермент проявляет высокую специфичность: он гидролизует пептидную связь между 105-м и 106-м аминокислотными остатками (фенилаланин-метионин) в каппа-казеине, что приводит к дестабилизации мицелл казеина и их коагуляции.

История открытия и использования

Древние времена

Использование сычужного фермента для свёртывания молока известно с древнейших времён. Археологические находки свидетельствуют, что сыроделие практиковалось ещё в неолите (около 7000–5000 лет до н. э.). В античных источниках, например у Гомера и Аристотеля, упоминается использование желудочного сока телят для приготовления сыра. Традиционно сычужный фермент получали из сычуга (четвёртого отдела желудка) телят, ягнят или козлят, забитых в молочном возрасте.

Научное открытие

В 1874 году датский учёный Кристиан Хансен впервые выделил чистый фермент из телячьего сычуга и запатентовал метод его промышленного получения. Это открытие позволило стандартизировать производство сыра и отказаться от использования цельных желудков. В 1930-х годах была установлена химическая природа реннина как протеолитического фермента. В 1970-х годах учёные расшифровали аминокислотную последовательность и трёхмерную структуру реннина.

Современный этап

С конца XX века активно развиваются биотехнологические методы получения реннина. В 1990 году в США был одобрен первый рекомбинантный (генно-инженерный) химозин, полученный с помощью микроорганизмов. К началу XXI века доля микробиального и рекомбинантного реннина в мировом сыроделии превысила 70% от общего объёма используемых сычужных ферментов.

Источники получения

Животный реннин

Традиционный источник — сычуг (четвёртый отдел желудка) молодых млекопитающих, преимущественно телят, ягнят и козлят. Активность фермента максимальна в первые недели жизни животного, когда основным питанием является молоко. Содержание реннина в сычуге взрослых животных значительно ниже, и его заменяет пепсин.

Микробиальный реннин

Получают из культур микроорганизмов, например, грибов Mucor miehei, Mucor pusillus, Rhizomucor miehei и Endothia parasitica. Эти микроорганизмы продуцируют протеазы, обладающие молокосвёртывающей активностью. Микробиальный реннин дешевле животного, но может отличаться по специфичности и активности.

Рекомбинантный (генно-инженерный) реннин

Производится путём введения гена, кодирующего химозин крупного рогатого скота, в клетки микроорганизмов (например, Escherichia coli, Aspergillus niger, Kluyveromyces lactis). В результате ферментации получают чистый химозин, идентичный натуральному. Рекомбинантный реннин не содержит примесей других протеаз и обладает высокой молокосвёртывающей способностью.

Растительный реннин

В некоторых культурах традиционно используются растительные экстракты, обладающие молокосвёртывающей активностью. Например, сок фигового дерева (Ficus carica), экстракт цветов чертополоха (Cynara cardunculus) и крапивы. Однако растительные ферменты часто имеют низкую специфичность и могут придавать сыру горьковатый привкус.

Механизм действия

Процесс свёртывания молока под действием реннина включает две стадии:

1. Ферментативная стадия: реннин гидролизует каппа-казеин, расположенный на поверхности мицелл казеина. В результате отщепляется гидрофильный гликопептид, а оставшийся пара-каппа-казеин становится гидрофобным.
2. Коагуляционная стадия: гидрофобные мицеллы казеина теряют стабильность и начинают агрегировать, образуя трёхмерную сеть — сырный сгусток. В присутствии ионов кальция этот процесс ускоряется.

Применение

Сыроделие

Основное применение реннина — в производстве сыров. Он используется для створаживания молока при изготовлении твёрдых, полутвёрдых, мягких и рассольных сыров. Без реннина невозможно получить большинство традиционных сыров, таких как чеддер, пармезан, гауда, моцарелла и другие.

Производство творога и кисломолочных продуктов

Реннин применяется для получения творога, казеина и некоторых видов кисломолочных продуктов, требующих коагуляции молочного белка.

Медицина

В медицинской практике реннин используется в качестве диагностического средства для оценки функции желудка и поджелудочной железы, а также в некоторых исследованиях пищеварения.

Биотехнология

Реннин служит моделью для изучения механизмов протеолиза и ферментативного катализа. Генно-инженерные методы получения химозина используются в качестве примера успешного применения рекомбинантных технологий в пищевой промышленности.

Классификация сычужных ферментов

По происхождению и составу различают:

• Натуральный сычужный фермент — смесь реннина и пепсина, полученная из сычуга животных.
• Чистый реннин — препарат с высоким содержанием химозина (более 90%).
• Микробиальный сычужный фермент — продукт ферментации микроорганизмов.
• Рекомбинантный химозин — генно-инженерный аналог животного реннина.

Экономическое значение

Мировой рынок сычужных ферментов оценивается в несколько сотен миллионов долларов США. Крупнейшими производителями являются компании из Дании (Chr. Hansen), Нидерландов (DSM), Франции (Danisco), США (Pfizer, в настоящее время подразделение продано) и Китая. Рост рынка связан с увеличением потребления сыра в развивающихся странах и развитием биотехнологических методов производства.

Критика и альтернативы

Этические аспекты

Традиционное получение реннина из сычуга телят требует забоя молодняка, что вызывает критику со стороны защитников прав животных и вегетарианцев. В ответ на это были разработаны микробиальные и рекомбинантные альтернативы, которые не требуют использования животных.

Религиозные ограничения

В иудаизме (кашрут) и исламе (халяль) существуют строгие правила относительно использования сычужного фермента. Для получения кошерного или халяльного сыра необходимо, чтобы фермент был получен от животных, забитых в соответствии с религиозными нормами, или использовался микробиальный/рекомбинантный реннин.

Безопасность

Рекомбинантный химозин признан безопасным регулирующими органами многих стран, включая Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA). Однако некоторые потребители предпочитают сыры, произведённые с использованием традиционного животного фермента, считая их более «натуральными».

Интересные факты

• Реннин является одним из самых дорогих ферментов, используемых в пищевой промышленности, из-за сложности его выделения из природных источников.
• В 2012 году группа учёных из Дании и США реконструировала ген реннина вымершего мамонта и вставила его в бактерию, получив активный фермент, который успешно створаживал молоко.
• Содержание реннина в сычуге новорождённого телёнка может достигать 1% от сухой массы ткани.

Источники

• Foltmann, B. (1992). "Chymosin: a short review". Journal of Dairy Research.
• Kumar, A., & Sharma, R. (2018). "Rennet: A Review on Its Production, Properties and Applications". International Journal of Dairy Technology.
• Fox, P. F., & McSweeney, P. L. H. (2004). Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology. Elsevier.
• "Rennet". Encyclopædia Britannica.
• "Chymosin". National Center for Biotechnology Information (NCBI) PubChem Compound Database.