Сычужный фермент

Сычужный фермент — это комплекс протеолитических ферментов, вырабатываемых в сычуге (четвёртом отделе желудка) жвачных млекопитающих, преимущественно телят и ягнят, в первые недели их жизни. Основными компонентами сычужного фермента являются химозин (реннин) и пепсин. В пищевой промышленности сычужный фермент используется для створаживания молока при производстве сыров и творога, являясь ключевым агентом, вызывающим коагуляцию казеина.

История

Использование сычужного фермента для изготовления сыра имеет многовековую историю. Согласно распространённой легенде, первый сыр был получен случайно, когда древний путешественник перевозил молоко в бурдюке, сделанном из желудка животного. Под воздействием тепла и остатков ферментов молоко свернулось, образовав творог и сыворотку.

В промышленных масштабах сычужный фермент начал применяться в XIX веке с развитием сыроварения в Европе. Традиционным источником были высушенные и измельчённые сычуги телят-молочников. В 1874 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед (по другим данным — Кристиан Хансен) впервые выделил из сычуга телёнка чистый химозин, что положило начало промышленному производству ферментных препаратов. Компания Chr. Hansen (Дания) стала первым производителем стандартизированного сычужного экстракта.

В XX веке, с ростом спроса на сыры и дефицитом натуральных сычугов, начались поиски заменителей. К 1960-м годам были разработаны микробиальные коагулянты (ферменты из плесневых грибов Rhizomucor miehei, Cryphonectria parasitica). В 1990-х годах с развитием генной инженерии был получен рекомбинантный химозин, который сегодня является одним из самых распространённых сычужных ферментов в мире.

Химическая природа и механизм действия

Сычужный фермент представляет собой смесь протеаз, активных в кислой среде. Основным ферментом является химозин (реннин, КФ 3.4.23.4) — аспарагиновая протеаза с молекулярной массой около 35–40 кДа. В меньших количествах в препарате присутствует пепсин — также аспарагиновая протеаза, но с более широкой специфичностью.

Механизм створаживания молока состоит из двух стадий:

1. Ферментативная стадия. Химозин гидролизует пептидную связь между фенилаланином (105-й остаток) и метионином (106-й остаток) в κ-казеине — белке, стабилизирующем мицеллы казеина. В результате от κ-казеина отщепляется гидрофильный гликомакропептид, а оставшийся пара-κ-казеин теряет способность удерживать мицеллы в диспергированном состоянии.
2. Коагуляционная стадия. При наличии ионов кальция (Ca²⁺) дестабилизированные мицеллы казеина агрегируют, образуя трёхмерный белковый сгусток (гель), который захватывает жировые шарики и другие компоненты молока.

Оптимальная активность химозина наблюдается при pH около 6,0–6,5 (естественный pH молока) и температуре 37–40 °C. Снижение температуры замедляет реакцию, а нагревание выше 55 °C приводит к денатурации фермента.

Источники и виды сычужных ферментов

Натуральный сычужный фермент (животного происхождения)

• Телячий сычуг — классический источник, получаемый из сычугов телят, забитых в возрасте до 2–3 недель и питавшихся только молоком. Содержит преимущественно химозин (до 90%).
• Ягнячий и козлячий сычуг — используется в традиционных сырах (например, рокфор, пекорино). Содержит больше пепсина.
• Сычуг взрослых животных — содержит преимущественно пепсин и меньше химозина, что даёт иные свойства сгустка (более рыхлый, с горьковатым привкусом при длительной выдержке).

Микробиальные коагулянты

Производятся микроорганизмами (грибами, бактериями). Основные виды:

• Ферменты из Rhizomucor miehei (ранее Mucor miehei) — наиболее распространённый микробиальный заменитель.
• Ферменты из Cryphonectria parasitica (возбудитель рака каштана) — используется для некоторых твёрдых сыров.
• Ферменты из Aspergillus niger.

Микробиальные ферменты часто имеют более высокую термостабильность и протеолитическую активность, что может приводить к появлению горечи в сырах длительного созревания.

Рекомбинантный химозин (ГМ-фермент)

Производится с помощью генетически модифицированных микроорганизмов (чаще всего Kluyveromyces lactis, Aspergillus niger или Escherichia coli), в геном которых встроен ген химозина телёнка. По структуре и свойствам рекомбинантный химозин идентичен натуральному телячьему. Он является наиболее чистым и стандартизированным продуктом. В России рекомбинантный химозин допущен к использованию при условии государственной регистрации (в соответствии с техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»).

Растительные коагулянты

В некоторых традиционных сырах используются ферменты из растений:

• Сок инжира (фицин) — используется в Португалии для сыра «Серра-да-Эштрела».
• Экстракт чертополоха (цинара) — применяется в Испании и Португалии для овечьих сыров (например, «Торта-дель-Касар»).

Растительные коагулянты дают более мягкий сгусток и часто придают сыру горьковатый привкус.

Применение в сыроделии

Сычужный фермент является обязательным компонентом для производства большинства твёрдых, полутвёрдых и мягких сычужных сыров (например, чеддер, гауда, пармезан, маасдам, российский сыр). Дозировка фермента зависит от его активности (обычно указывается в единицах IMCU — International Milk Clotting Units), типа молока, pH и температуры.

Процесс внесения:

• Фермент добавляют в молоко, нагретое до температуры свертывания (обычно 30–35 °C), после внесения закваски и хлористого кальция.
• Время свертывания (от внесения фермента до образования сгустка) составляет от 10 до 40 минут.
• Полученный сгусток разрезают на кубики для отделения сыворотки.

Сычужный фермент также используется в производстве творога (в том числе зернёного) и некоторых кисломолочных продуктов, где требуется ускорение коагуляции.

Значение для вегетарианства и религиозных норм

Традиционный сычужный фермент животного происхождения не допускается в вегетарианских диетах, поскольку для его получения требуется забой телят. Для вегетарианцев производятся сыры, изготовленные с использованием микробиальных или рекомбинантных коагулянтов, а также растительных ферментов. На упаковке таких сыров часто указывается «сычужный фермент микробного происхождения» или «вегетарианский сыр».

В иудаизме для кошерных сыров требуется использование кошерного сычужного фермента, который может быть получен от кошерных животных, забитых по правилам шхиты, или быть микробиальным. В исламе сычужный фермент от животных, забитых по правилам халяль, считается дозволенным (халяль). Рекомбинантный и микробиальный ферменты также признаются халяль.

Критика и альтернативы

Основные критические замечания в адрес натурального сычужного фермента связаны с этическими аспектами (необходимость забоя телят) и нестабильностью качества (зависимость от возраста животного, корма, сезона). Микробиальные и рекомбинантные заменители лишены этих недостатков, но могут вызывать опасения у потребителей, негативно настроенных к генетически модифицированным продуктам. В России рекомбинантный химозин, полученный с использованием ГМО, подлежит обязательной маркировке в соответствии с законодательством.

Альтернативой сычужному свертыванию является кислотное свертывание (с использованием лимонной или уксусной кислоты), применяемое для производства некоторых мягких сыров (например, моцарелла, рикотта, адыгейский сыр). Однако кислотное свертывание даёт сгусток с другой текстурой и не подходит для большинства твёрдых и полутвёрдых сыров.

Интересные факты

• В Швейцарии до сих пор существует традиция использования натуральных высушенных сычугов телят для производства сыра «Эмменталь».
• Активность сычужного фермента измеряется в единицах IMCU (International Milk Clotting Units). Одна единица IMCU соответствует количеству фермента, необходимому для свертывания 10 мл молока за 40 минут при 30 °C.
• В 2019 году учёные из Китая и США впервые получили рекомбинантный химозин с использованием трансгенных растений табака, что открывает новые пути для удешевления производства.

Источники

• ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»
• ГОСТ 34352-2017 «Сыры сычужные твердые. Технические условия»
• Барабанщиков Н.В. «Молочное дело» — М.: Колос, 1990
• Крусь Г.Н., Храмцов А.Г. «Технология молока и молочных продуктов» — М.: КолосС, 2004
• Fox P.F., McSweeney P.L.H. «Dairy Chemistry and Biochemistry» — Springer, 1998
• Материалы Национального союза производителей молока (Союзмолоко)