FOLOSIREA ENZIMELOR SI MICROORGANISMELOR LA FABRICAREA LAPTELUI

 


 


 

FOLOSIREA ENZIMELOR ŞI MICROORGANISMELOR

LA FABRICAREA LAPTELUI

In industria laptelui se utilizează:

  • Preparate enzimatice pentru coagularea laptelui la fabricarea branzeturilor sau pentru delactozarea laptelui;

  • Culturi starter de (bacterii, drojdii şi mucegaiuri ) utilizate la fabricarea produslor lactate acide: iaurturi, smantană, brânzeturi.

Compoziţia şi proprietăţile laptelui

Laptele este un lichid de culoare alb gălbui secretat de glanda mamară a mamiferelor. Din punct de vedere fizic, este un sistem complex putând fi considerat o emulsie de tipul U/A, în care faza grasă U este prezentă sub formă de globule, iar faza apoasă A conţine proteine sub formă coloidală (micelii) şi substanţele solubile (lactoză, săruri minerale, vitaminele hidrosolubile etc.).

În tabelul de mai jos este prezentată compoziţia chimică a laptelui de vacă:

Component

Compoziţia procentuală a

laptelui de vacă, %

Obs.

Apă

87,3

 

Proteine

3,2

 

Cazeine

75-85%

Faţă de proteine totale

Serice

15-25 %

Faţă de proteine totale

Lipide

3 - 4,5 %

3,5 % este considerată compoziţia laptelui standard

Lactoză

4,8%

 

Substanţe minerale, cenuşă

0,7%

 

Principalele proprietăţi fizico chimice ale laptelui materie primă sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Caracteristici

Lapte de vacă

Aciditate, grade Thorner (ºT)

15...19

Densitate relativă (kg/dm3 )

1,029

Grăsime, %

3,5

Substanţă uscată negrasă, %

8,5

Proteine, min.%

3,2

Compoziţia biochimică a laptelui

Enzimele proprii laptelui sunt acelea care îşi au originea în structurile celulare ale glandei mamare şi cele de origine sanguină.

Enzimele laptelui sunt implicate în :

  • aroma şi stabilitatea laptelui şi a produselor lactate (lipaza, xantinoxidaza, proteaza, fosfataza);

  • diagnosticarea bolilor glandei mamare (catalaza, superoxid dismutaza);

  • maturarea brânzeturilor fabricate din laptele nepasteurizat (proteaza alcalină, proteaza acidă, esterazele), respectiv cele care rezistă pasteurizării (plasmina sau proteaza alcalină).

Enzimele laptelui pot fi localizate în fracţiunea solubilă, fracţiunea micelară (cazeina), membrana globulelor de grăsime, materialul celular. Localizarea enzimelor indică originea lor în organismul animal (de exemplu, celulele secretoare ale glandei mamare, sânge).


 

Enzimă

Activitate

UI/ 100 ml

pH optim/

temp optimă

Temp de inactivare

Rol

Proteaza alcalina

-

7,5-8,0

37ºC

72ºC /

6,5 min.

  • este asociată miceliilor de cazeină

  • activitate de tip tripsinic

  • degradează preferenţial β-cazeina

  • implicată în procesele de maturare a brânzeturilor

Proteaza acidă

-

4,0

75ºC

10 min.

  • Contribuie la maturarea brânzeturilor fabricate din lapte nepasteurizat

Fosfataza alcalină

160

8-9

62ºC/20 min.

  • este asociată de memrana globulelor de grăsime

  • descompune fosfomonoesterii

  • utilizată ca enzimă de diagnosticare a eficienţei pasteurizării şi a gradului de control al agităţii

Fosfataza acidă

70

4,6-4,8

 

88ºC

20 min.

  • se găseşte în lapte în stare liberă şi asociată de globulele de grăsime;

  • implicată în defosforilarea cazeinei cauzând creşterea punctului izoelectric cu influenţă asupra coagulării laptelui

Lipaze (lipoproteinlipaza)

110

8-9

85ºC / 10s

75ºC/20 s

  • asociată de membrana globulelor de grăsime

  • se activează prin aerarea, agitarea şi omogenizarea laptelui

  • produce râncezirea lipolitică spontană a laptelui

  • poate contribui la maturarea bânzeturilor fabricate din lapte nepasteurizat

Esteraze

 

8,0/ 37ºC

idem

  • participă la maturarea brânzeturilor cu mucegai la suprafaţă (P.camembert) dacă se obţin din lapte nepasteurizat

Peptidaza (dipeptidaza)

 

7,8- 8,3

45,,50ºC

 

  • hidrolizează dipeptidele care conţin aminoacizii L-

  • intervine la maturarea brânzeturilor cu mucegai la suprafaţă (P.camembert)

Catalaza

0

-

65ºC

30 min.

  • Se găseşte în cantitate mare in laptele colostral şi mamitic

  • Descompune apa oxigenată

  • Nivelul de catalază indică prezenţa bolii mamitice la animale

Reductaza aldehidică (enzima lui Schardinger)

175

-

> 80ºC

  • Se găseşte la suprafaţa globulelor de grăsime;

  • Enzima este utilizată pentru testarea eficienţei pasteurizării (testul reductazei).

  • Catalizează descompunerea bazelor purinice, xantinice până la acid uric.

Lizozim

0,04

-

-

  • β-polizaharidază ce hidrolizează pereţii celulari ai celulelorbacteriene

  • Intervine in pastrarea laptelui deoarece are efect bactericid

Superoxid dismutaza

 

 

 

  • Efect bacteriostatic/ bactericidă cvare produce H2O2 folosind oxigenul superoxidic produs de bacteriile lactice in condiţii de anaerobioză

  • Enzima împiedică oxidarea acizilor grasi nesaturaţi de către oxigenul superoxidic

Lactat peroxidaza

 

 

 

  • Se găseşte în cantitatea cea mai mare în lapte 10-30 mg /l

  • Are acţiune bacteriostatică când formează complexul lactat-peroxidază- H2O2-tiocianat

  • Mecanism: enzima oxidează tiocianatul cu formare de hipotiocianat care este inhibitor al bacteriilor

Glucozidaze

 

 

 

  • Sunt β-galactozidaza, β-glucuronozidază, N-acetil-β-glucozaminidaza

  • Concentraţia acestor enzime este crescută atunci când există infecţii ale glandei mamare


 


 


 

PREPARATE ENZIMATICE FOLOSITE ÎN INDUSTRIA LAPTELUI


 

În industria laptelui s-au propus spre utilizare următoarele preparate enzimatice:

Lizozimul din albuşul de ou. Lizozimul se utilizează în industria brânzeturilor, pentru împiedicarea dezvoltării bacteriilor sporulate aparţinând genului Clostridium şi în special Clostridium tirobutiricum care pot metaboliza acidul lactic pe care-l transformă în acid butiric şi cantităţi importante de CO2 şi H2. În afară de gustul neplăcut produce şi o balonare a acestora, cu formare de găuri mari neregulate, care pot conduce chiar la “rupereaö brânzei.

Prin adaos de lizozim se realizează liza celulei vegetative şi deci se împiedică dezvoltarea bacteriilor butirice în lapte. Dacă în lapte ajung spori de Cl. tirobutiricum aceştia rezistă la pasteurizare şi vor rămâne în coagul, deci vor produce balonarea târzie a brânzeturilor.

Lizozimul împiedică însă dezvoltarea lactobacililor şi în special dezvoltarea lui Lb. helveticus folosit la fabricarea brânzei Şvaiţer, deci se împiedică acidifierea normală a laptelui (maturarea). Bacteriile propionice nu sunt inhibate de lizozim.

β-Galactozidaaza (lactaza) este enzima capabilă să hidrolizeze lactoza cu formare de glucoză şi galactoză. Industrial se utilizează pentru:

  • Delactozarea produselor lactate destinate persoanelor cu insuficienţă( intoleranţă) la lactoză;

  • Delactozarea laptelui concentrat sau a laptelui praf;

  • Obţinerea de siropului de glucoză şi galactoză din lactoză din zer

Glucozoxidaza care catalizează transformarea glucozei în acid gluconic s-a propus a fi utilizată ca antioxidant enzimatic în produsele bogate în grăsimi (unt, lapte parf cu grăsime). Practic însă la aceste produse se utilizează antioxidanţi chimici sau ambalare sub atmosferă de gaz inert (azot).

Acţiunea glucozoxidazei s-ar manifesta prin aceea că activează lactatperoxidaza (LPS) care utilizează oxigenul în vederea producerii de H2O2.

Catalaza se utilizează în combinaţie cu glucozoxidaza pentru a elimina excesul de H2O2 care rezultă la acţiunea glucozoxidazei sau singură pentru a elimina excesul de H2O2 adăugată direct în lapte în scop de conservare. Apa oxigenată reziduală (rămasă neconsumată) în condiţiile în care nu s-ar folosi şi catalaza ar modifica caracteristicile senzoriale ale laptelui precum şi valoarea nutriţională a proteinelor prin oxidarea metioninei.

Tratamentul laptelui cu H2O2 şi catalază se impune faţă de tratamentul termic (în unele ţări) în două cazuri:

  • când fermele nu dispun de echipament de răcire iar tratamentul termic (pasteurizarea) nu este fezabil din punct de vedere tehnic (se foloseşte ~ 2 ml H2O2 33% la 1 l lapte). Laptele ajuns în fabrică trebuie încălzit la 50C/30 min apoi răcit la 35C şi se adaugă catalaza( 20 mg/l).

  • când laptele este destinat fabricării brânzeturilor şi se doreşte să se păstreze enzimele proprii laptelui precum şi bacteriile lactice de contaminare, dar se doreşte să se distrugă cele de alterare, în special coliformi care sunt puţin rezistente la acţiunea H2O2. De remarcat că H2O2 nu contribuie la distrugerea totală a bacteriilor patogene (Microbacteriunm tuberculosis, Brucella abortus şi unele specii de Staphylococcus, precum şi bacteriile sporogene).

Superoxid dismutaza (SOD), împreună cu catalaza a fost propusă pentru inhibarea oxidării lipidelor prin faptul că realizează catalizarea dismutării anionului superoxidic (O2) cu formare de apă oxigenată şi oxigen:


 


 

Apa oxigenată formată poate fi degradată de catalază în O2 şi H2O cu reducerea simultană a unei a doua molecule de H2O2 sau poate fi degradată de peroxidază la H2O în prezenţa unui donator de H2.


 

Preparate enzimatice folosite la coagularea laptelui. Coagularea enzimatică a laptelui s-a realizat la început exclusiv cu cheag, însă creşterea producţiei de brânzeturi pe plan mondial a pus problema unui înlocuitor pentru cheag. Întrucât coagularea laptelui este iniţiată prin scindarea legăturii peptidice dintre fenilanina 105 şi metionina 106 din k-cazeină, oricare endo-peptidază care este capabilă să producă această hidroliză este un înlocuitor potenţial pentru cheag (chimozina). Această proprietate hidrolitică-coagulantă nu este suficientă, fiind necesar ca preparatul enzimatic respectiv să aibă şi o activitate proteolitică nespecifică corespunzătoare, în sensul că trebuie evitată degradarea intensă a proteinelor la pH-ul natural al laptelui pentru a nu se distruge zonele de interacţiune pentru agregarea miceliilor.

Principalele preparate enzimatice de origine animală sunt cheagul şi pepsina.

Cheagul - preparat enzimatic din stomacul glandular de viţel, miel, ied sacrificaţi în perioada de alăptare. Se mai numeşte pressure, rennet. Preparatul cheag are ca principiu activ chimozina, însă conţine şi ceva pepsină, raportul masă chimozină activă/masă pepsină activă > 1,38.

Cheagul industrial se obţine sub formă lichidă sau pulbere.

La folosirea cheagului în soluţie apoasă trebuie să avem în vedere că acesta îşi pierde din activitate dacă :

  • concentraţia enzimei în soluţie este mică ;

  • este prezentă lumina solară sau chiar lumina din încăperi;

  • soluţia este puternic agitată cu formare de spumă ;

  • temperatura depăşeşte 60 C ;

  • soluţia are pH 6,6 ÷ 7,4.

Stabilitatea enzimei este bună între pH 5,0 şi 6,0.

Pepsina este un preparat enzimatic care se obţine din mucoasa roşie a stomacelor de vită şi mai ales porc, unde se găseşte sub formă inactivă de pepsinogen. Trecerea sub formă activă are loc sub influenţa HCl folosit la extracţia enzimei din mucoasa stomacală roşie. Preparatul mai conţine şi chimozină, raportul masă chimozină activă/masă pepsină activă > 0,154.

Pepsina coagulează bine numai laptele acidifiat la pH 6,6. În comparaţie cu cheagul are o activitate proteolitică mai mare putând conduce la defecte de gust (gust amar). Se obţine sub formă de pepsină praf tip L (putere de coagulare 1:50000 sau 1: 120.000). Pepsina praf are 3% apă, maximum 40% (pt. 1:120000) - 58%(1:50000) NaCl şi maximum 3,5% lipide.

Preparatele enzimatice fungice se prezintă sub formă de pulberi fine, omogene, alb-gălbui, solubile în apă, însă ca acţiune sunt inferioare enzimelor coagulante de origine animală, în principal cheag.

La folosirea preparatelor enzimatice fungice trebuie să avem în vedere următoarele:

  • creşterea temperaturii de coagulare peste 30 C influenţează pozitiv coagularea (deci trebuie să se ţină seama de sortimentele de brânză cu temperatura de coagulare a laptelui 30 C);

  • aciditatea laptelui 20 T influenţează negativ acţiunea enzimelor;

  • coagulul obţinut are o durată mai lungă de întărire, consistenţa mai moale, ceea ce favorizează pierderi de substanţă uscată în zer. Se impune prelungirea duratei de coagulare şi prelucrare a coagulului cu 10 - 15 min, respectiv creşterea acidităţii laptelui supus închegării şi creşterea temperaturii acestuia;

  • activitatea proteolitică a enzimelor fungice este mai mare decât a cheagului, în special asupra proteinelor serice, ceea ce înseamnă pierderi de proteine în zer.

Preparatele enzimatice de origine bacteriană au o utilizare mai limitată din următoarele motive:

  • au activitate proteolitică mai mare şi din această cauză produc defecte la brânzeturi ;

  • coagulul obţinut este moale, iar pierderile de cazeină şi grăsime în zer sunt mai mari.

Coagularea laptelui

Închegarea laptelui (coagularea) este operaţia de bază la fabricarea brânzeturilor, deoarece se separă cazeina.

Coagularea laptelui poate fi realizată :

  • cu ajutorul acizilor, în care caz se modifică starea coloidală a cazeinei, în sensul că, odată cu scăderea pH-ului şi trecerea unei părţi din calciul legat de cazeină sub formă de sare de calciu în zer, are loc destabilizarea miceliilor de cazeină care precipită sub formă de acid cazeinic:


 


 


 


 

Coagulul obţinut este moale, cu conţinut redus de calciu şi aciditate ridicată. Coagularea acidă este aplicată la fabricarea brânzei de vaci, în care caz închegarea (coagularea) are loc sub acţiunea acidului lactic rezultat prin fermentarea lactozei de către bacteriile lactice.

  • coagularea cu ajutorul enzimelor coagulante, în care caz procesul este reprezentat schematic astfel :


 


 


 


 

Pentru înţelegerea procesului de închegare (coagulare) este necesar să se cunoască proprietăţile miceliilor de cazeină şi mecanismul intim al coagulării laptelui.

Proprietăţile miceliilor de cazeină. Miceliile de cazeină au diametrul cuprins între 30 - 300 nm (media 150 nm) şi concentraţia lor în lapte este de 1012 micelii/ml lapte. Miceliile în ansamblul lor sunt puternic hidratate (3,5 - 3,7 g H2O/g proteină). Miceliile de cazeină sunt formate din subunităţi de cazeină, agregate în submicelii.

Fiecare submicelă este formată din S1-, S2-, - şi k-cazeină în raport 4:1:4:1.

k-Cazeina se găseşte la suprafaţa submiceliilor care sunt legate între ele prin intermediul fosfaţilor de calciu coloidal. k-Cazeina are caracter amfipatic având o parte hidrofobică care reprezintă 2/3 din k-cazeină. Această parte hidrofobică este legată prin intermediul H2N-terminal de S1 -, S2 - şi - cazeină precum şi cu fosfatul de calciu. Cealaltă parte a k-cazeinei (1/3 din k-cazeină) are o grupare C-terminală şi este hidrofilică-anionică. Această parte a k-cazeinei, orientată la exteriorul submiceliului, prezintă numeroase grupări hidrofilice datorită glucidului din structura acestei părţi a k-cazeinei. Cele două părţi componente ale k-cazeinei sunt unite prin legătura peptidică fenilalanina 105 - metionina 106. Datorită structurii menţionate, miceliile de cazeină nu se pot asocia între ele deoarece :

  • protuberanţele hidrofilice - anionice dau miceliilor în ansamblul lor o

CONTACTATI-NE