凝乳酶

用于奶酪和酸奶制作的蛋白酶

凝乳 酶是一种最早在未断奶的小牛胃中发现的 天门冬氨酸 蛋白酶 ,可专一地切割乳中κ- 酪蛋白 的Phe105-Met106之间的 肽键 ,破坏酪蛋白 胶束 使牛奶 凝结 ,凝乳酶的凝乳能力及蛋白 水解 能力使其成为干酪生产中形成质构和特殊风味的关键性酶,被广泛地应用于奶酪和酸奶的制作。

简介

凝乳酶chymosin一般也称rennin,因为容易与 血管紧张肽原酶 (renin)混淆, 国际酶学委员会推荐使用此名,即chymosin,亦称rennet,Chymogen,Lab( 德语 ),remnase。是一种 蛋白酶 。

哺乳动物 胃液中有凝乳酶,能使乳中蛋白质凝聚成乳酪,乳酪易为各种蛋白质酶所消化。凝乳酶只是提高酶的效率,实际不算作酶。 哺乳类 以外的动物因为不食乳,所以很少存在凝乳酶。

凝乳酶是生产干酪不可缺少的制剂,其产值占整个酶制剂 总产值 的15.5%。主要来源是未断奶小牛胃粘膜。

作用

作用:促使原奶 凝结 ,为排出 乳清 提供条件。

来源

动物源凝乳酶:凝乳酶最早来源于小牛的第四胃黏膜,随后在其他动物的胃中提取了凝乳酶。但是由于动物来源的凝乳酶来源不稳定,同时出于对种族、信仰等方面的考虑,研究者已将研究方向转为微生物和植物来源的凝乳酶。

植物源凝乳酶:许多植物中含有能使乳凝固的 蛋白酶 来源非常广泛。目前研究较多的有如下几种,包括 木瓜蛋白酶 、 无花果蛋白酶 、 菠萝蛋白酶 、 桑姜 蛋白酶、 合欢 蛋白酶、朝鲜 蛋白酶等。

微生物源凝乳酶:微生物因其具有生长周期短,产量高,受时间、空间限制小,生产成本低,提取方便,经济效益高等优点,是目前凝乳酶来源最有前途的发展方向。目前已发现有40余种微生物可生产一定活力的凝乳酶,主要是真菌、 放线菌 、细菌等。

凝乳机理

凝乳酶的凝乳作用分为两个步骤:第一步是酶专一性的 水解 乳中κ- 酪蛋白 多肽链的Phe105-Met106之间的 肽键 ,形成稳定副κ-酪蛋白及 亲水性 糖巨肽;第二步是当总的κ-酪蛋白被水解掉约80%时,在钙离子存在下通过在酪蛋白胶粒间形成的 化学键 形成凝块或凝固的乳。这是由于κ-酪蛋白分子位于酪蛋白 胶束 表面,亚基之间以疏水键和 胶体 磷酸钙 相互作用的方式连接在一起。

性质

凝乳酶的 溶解度 受pH值、温度和溶液 离子强度 影响。可溶于pH值为5.5,浓度为1mol/L的NaCl溶液, 晶体结构 的凝乳酶在25℃比较稳定,且溶解度随离子强度增强而增强。凝乳酶的 等电点 为pH值为4.5,在pH值为5.3~6.3最稳定,但pH值为3~4时会因自身降解而活性降低。碱性条件下会发生不可逆的构象变化而使活性降低。

种类

凝乳酶有三种状态:液态、粉状和片剂。传统上利用 犊牛 第四胃的 皱胃 酶提取制作凝乳酶,随着凝乳酶研究的进展,其来源在不断扩大,现今分类包括三类:动物性凝乳酶,来源于 牛百叶 、猪胃和羊胃;植物性凝乳酶,来源于 无花果 树液 和菠萝果实;微生物凝乳酶,来源于 霉菌 和酵母菌。 丹麦 干酪生产中来源霉菌的凝乳酶得到广泛应用。

凝乳酶的活力

指1毫升凝乳酶溶液或1克干粉在35℃条件下,40分钟 内能 凝结 原奶的毫升数。标准液态凝乳酶的活力通常是1.2-1.5万,粉状凝乳酶是前者10倍,为12-15万。

凝结过程

原奶中 酪蛋白 有三种:αs-酪蛋白、β-酪蛋白和К-酪蛋白,前两者易受Ca+2影响形成沉淀,而后者不仅稳定,而且还具有抑制前者沉淀的作用。凝乳酶使原奶凝固分为两个阶段:首先将К-酪蛋白分解为副К-酪蛋白;其次副К-酪蛋白及αs-酪蛋白和β-酪蛋白在Ca+2作用下沉淀。

影响因素

(1)PH:在酸性环境中 凝乳 酶活力最强,原奶酸度的任何微小变化均能显著影响凝乳酶的活力。凝乳酶活力大部分来源于其中的 胰蛋白酶 ,小部分来源于牛 胃蛋白酶 (不过猪凝乳酶中的 有效成分 是猪胃蛋白酶)。胰蛋白酶的最适PH为5.4,而胃蛋白酶的最适PH低于胰蛋白酶。

(2)温度:凝乳酶的最适温度是42℃。(到55-60℃,酶本身受到破坏)因为乳温明显影响 凝结 速度。乳温30℃时原奶凝结时间是42℃的2-3倍。不过实际干酪生产中乳温通常保持在30-33℃,一是考虑到乳酸菌的最适温度(比如 链球菌 属的最适温度在30℃左右,最高不能超过40℃);二是较高乳温下凝块硬化速度太快,以至随后的切割比较困难。

(3)Ca+2浓度:只有原奶中存在自由钙离子时,被凝乳酶转化的 酪蛋白 才能凝结。因此钙离子浓度将会影响 凝乳 时间、凝块硬度和 乳清 排出。

添加量

通常用量是100kg原奶添加20-40毫升凝乳酶溶液。凝乳时间与凝乳酶用量成反比,用量翻倍,则凝乳时间减半。

乳清的排出不受凝乳酶用量的影响,实验表明凝乳酶的用量与24小时后干酪的含水量及PH质无关。不过用量影响干酪的成熟,用量大,则成熟期间 蛋白质 的分解会加快;同时由于凝乳酶分解蛋白质产生苦味肽,因此用量大也会增加干酪的苦味。

凝乳强度的测定采用Arima法,取5ml,100g/L的 脱脂乳 ,在35℃下保温5min,加入0.5ml,lg/L的 番木瓜 凝乳酶溶液,快速混合均匀,准确测定从加入酶液到凝固的时间T(s),把40min凝固1ml,100g/L的脱脂乳的酶量定义为一个索氏单位。

凝乳 强度=(2400/T)╳(5/0.5)╳D(稀释 倍数 )

食物营养成分

参考资料

  1. 凝乳酶的研究进展 - 中国知网 中国知网 2021-11-07