IL CAGLIO E MODALITÀ DI COAGULAZIONE
Il caglio è la modalità di coagulazione nella stragrande maggioranza dei formaggi mondiali.
di Cristiano Sandona’
È indotto dall’enzima chimosina , un enzima proteolitico altamente specifico.
La coagulazione del latte da parte della renina a pH normale 6,6 è una reazione a tre fasi.
Nella fase primaria, il caglio scinde un legame specifico (fenilalanina) nella molecola di κ-caseina, tagliandolo in caseina para-kappa e frazioni solubili di glicomacropeptidi .
La κ-caseina idrolizzata non può più tenere insieme le particelle di caseina idrofobica.
Gli ioni Ca iniziano la coagulazione delle micelle di caseina nel latte di formaggio
quando circa l’80% della fenilalanina e Metionina vengono scissi.
Nella fase secondaria, le micelle si aggregano per formare grappoli che portano alla formazione di gel.
L’acqua insieme ai costituenti solubili e al grasso sono intrappolati nella rete tridimensionale.
Nella fase finale, la rete continua a raggiungere la solidità. Il taglio del gel è temporizzato in base al tipo di formaggio.
Nei formaggi a pasta molle il gel può acquisire maggiore compattezza, mentre per i formaggi a pasta dura il processo di taglio inizia non appena si raggiunge una consistenza adeguata.
- Il caglio residuo nella cagliata svolge un ruolo importante nella maturazione del formaggio. Si stima che in alcune varietà di cagliata si recuperi meno del 15% del caglio utilizzato nella caseificazione .
Il caglio di vitello viene distrutto dalle alte temperature di cottura utilizzate nei formaggi svizzeri e italiani
ma nel formaggio Cheddar una quantità significativa di caglio sopravvive e partecipa alla proteolisi per produrre consistenza e sapore desiderabili.
- Proteasi (Caglio, Proteinasi)
Le proteasi sono enzimi idrolitici ampiamente utilizzati nell’industria lattiero-casearia ;
la loro capacità di provocare reazioni idrolitiche come la produzione di formaggio,
l’accelerazione della maturazione del formaggio e la produzione di formaggi modificati con enzimi.
Inoltre, le proteasi sono utilizzate nella generazione di idrolizzati proteici del latte e nella formazione di complessi proteici ad alto peso molecolare con specifiche proprietà nutrizionali e funzionali desiderabili.
Attualmente, è disponibile in commercio un’ampia gamma di proteasi di origine animale, microbica, fungina e vegetale per l’uso nella modifica delle proteine del latte.
Le attività di tali enzimi possono essere classificate in base ai loro intervalli di pH ottimali (acido, neutro o alcalino), alle loro specificità per le sequenze di amminoacidi da scindere all’interno delle proteine del latte, al loro meccanismo d’azione catalitico (serina, cisteina o aspartico proteasi) e la necessità della contemporanea presenza di ioni metallici come ioni calcio o zinco per essere attivi.
Ad esempio, la tripsina è una serina-proteasi che in condizioni acide scinde i legami peptidici sul lato C-terminale dei residui di lisina e arginina.
Al contrario, le proteinasi neutre del Bacillus licheniformis idrolizzano i legami all’interno delle proteine del latte in modo non specifico (
- Tabella 1 . Caratteristiche e fonti di alcune proteasi utilizzate per modificare le proteine del latte
nella coagulazione del latte è una delle più antiche applicazioni dell’utilizzo di proteasi esogene per modificare il latte.
La coagulazione enzimatica del latte, seguita da processi di disidratazione e fermentazione viene impiegata da secoli per aumentare la durata di conservazione di questo importante alimento.
- La principale proteinasi presente nei caglio è la chimosina.
Questo enzima è anche noto come “rennina”, ma l’uso del termine “chimosina” è preferito e raccomandato per l’uso come nomenclatura internazionale per questo enzima, in parte a causa della potenziale confusione di renina con renina, il nome di una proteina -enzima digerente rilasciato dai reni che agisce provocando l’ipertensione.
A Christian Hansen viene attribuita la prima produzione industriale di caglio nel 1874.
La maggior parte dei fornitori commerciali offre caglio standardizzato, disponibile in forma liquida, in polvere o in pasta e stabile per mesi se conservato alle temperature consigliate.
- La chimosina bovina è un’aspartil proteasi estratta dall’abomaso (quarto stomaco) dei vitelli lattanti.
Questo enzima possiede un’attività di coagulazione del latte molto elevata ma ha una bassa attività proteolitica.
Questa combinazione di caratteristiche rende la chimosina particolarmente adatta all’uso nella produzione di formaggi.
La chimosina è secreta come prochimosina, uno zimogeno inattivo lungo 365 aminoacidi e con un peso molecolare di 40.777 Da.
A pH acido, questo precursore subisce un’attivazione autocatalitica per formare chimosina (peso molecolare = 35.600 Da, con una lunghezza di 323 aminoacidi a valori di pH intorno a 5,0) o pseudochimosina (337 aminoacidi di lunghezza a valori di pH intorno a 2,0).
Sia la chimosina che la pseudochimosina mostrano attività di coagulazione del latte. La chimosina di vitello è uno degli enzimi animali più studiati;
- La chimosina rappresenta c. 80% dell’attività proteolitica totale dell’abomaso.
In contrasto con la maggior parte delle altre proteinasi aspartiche del tratto digerente, la chimosina ha una specificità di substrato ristretta .
La fornitura limitata di caglio di vitello ha portato i ricercatori a cercare sostituti del caglio bovino.
Tuttavia, le specificità dei sostituti del caglio fungino sono notevolmente diverse da quelle della chimosina.
La chimosina scinde prevalentemente il legame Phe105–Met106 nella κ-caseina del latte, destabilizzando così le micelle di caseina portando alla precipitazione della cagliata. Al contrario, i principali siti di scissione per il Rhizomucor miehei R. miehei, Rhizomucor pussillus e Parasitica coagulans
Il gene della chimosina è stato clonato ed espresso in numerosi microrganismi .
Le chimosine ricombinanti sono state prodotte con successo in microrganismi geneticamente modificati come
Escherichia coli, Aspergillus awamori Kluyveromyces lactis R. pusillus, Rhizoucor meihei, Endothia parasitica , Aspergillus oryzaeKK-12, Chymogen e ChymoStar prodotti utilizzando Aspergillus niger var awamori e Maxiren, generato in K. marxianus var lactis.
Poiché questo prodotto (Marzyme GM) è (dichiarato essere) esente dalle altre proteinasi presenti nel caglio, dovrebbe produrre rese più elevate di formaggio riducendo le perdite proteiche nel siero di latte.
I formaggi studiati includono Colby e Cheddar.
La pepsina è una proteasi che mostra proprietà di coagulazione del latte.
La pepsina è stabile in soluzioni neutre e leggermente alcaline, ma a temperatura ambiente subisce una denaturazione reversibile sopra i 55°C a pH 7,0 e a pH 11,0.
Sebbene la pepsina possa coagulare il latte, il suo utilizzo tende a portare a maggiori perdite di grasso del latte perché la cagliata risultante ha una struttura più aperta e lassa rispetto a quella formata con la chimosina;
il formaggio prodotto con la pepsina ha anche un corpo più morbido di quanto desiderato.
Tuttavia, la pepsina e un prodotto commerciale commercializzato con il nome commerciale Metroclot sono stati utilizzati per la produzione di una varietà di formaggi.
Le specificità delle pepsine sono generalmente simili a quelle della chimosina
La pepsina bovina scinde i legami Leu109-Glu110 della caseina α S1 molto più velocemente della chimosina.
Questa specie contiene tre proteinasi, le cui attività proteolitiche sono ottimali a pH 5,1, 5,7 e 6,0, a varie temperature e forze ioniche equivalenti a quelle di soluzioni che sono 0,1–0,6 M in NaCl.
Questi enzimi acidi sono caratterizzati dalla loro elevata attività di coagulazione e, come la chimosina, scindono il legame peptidico Phe105–Met106 nellaκ-caseina bovina e ovina
- Queste proteasi hanno anche un forte effetto proteolitico che porta alla fine a un’estesa scomposizione delle caseine, producendo così formaggi caratterizzati da una consistenza morbida e burrosa, sviluppo di un aroma tipico e un sapore leggermente amaro.
Le proteasi derivate dalle piante sono da secoli impiegate nella coagulazione del latte nei paesi mediterranei e nell’Africa occidentale .
Tuttavia, nell’ultimo decennio fattori economici, religiosi e normativi si sono combinati per incoraggiare e ampliare l’interesse per l’uso di enzimi derivati dalle piante come sostituti potenzialmente praticabili del caglio di vitello durante la fase di coagulazione del latte della produzione del formaggio.
L’attività lungo questa linea è parallela agli sforzi corrispondenti per sviluppare alternative microbiche e ricombinanti per questa applicazione.
Shah e colleghi ha sviluppato una revisione completa del lavoro sull’uso delle proteasi vegetali come enzimi di coagulazione del latte nella produzione di formaggio.
Le proteasi si trovano in quasi tutti i tipi di tessuto vegetale e possono essere ottenute dall’estrazione di tessuti vegetali naturali o dalla coltura in vitro di cellule sospese o dalla coltura di calli .
Gli ultimi due approcci forniscono una fonte stabile per tutto l’anno di un biocatalizzatore ben caratterizzato .
Quasi tutte le proteasi vegetali utilizzate nella coagulazione del latte sono proteasi aspartiche ( Tabella 1 ), sebbene altri tipi di proteasi vegetali (ad esempio serine e cisteine) possano coagulare il latte in condizioni di lavorazione appropriate .
Lo svantaggio dell’impiego di una proteasi vegetale per coagulare il latte è che questi enzimi hanno generalmente un’attività proteolitica superiore a quella desiderabile per questa applicazione.
Direttore responsabile di www.italyvox.it maestro assaggiatore presso l’Istituto zooprofilattico sperimentale di Lombardia e Emilia Romagna amante della letteratura moderna e ricercatore della storicità dei prodotti della filiera agroalimentare. “Il mio principale obbiettivo è lasciare una traccia scritta sul “sapere dei sapori” che le generazioni passate ci hanno lasciato in eredità.”
Cristiano Sandona’
