Ферментативные процессы лежат в основе всех ключевых стадий производства сыра — от свертывания молока до формирования текстуры, вкуса и аромата в период созревания. Биокаталитическая природа этих процессов определяет высокую специфичность превращений белков, липидов и углеводов молока. Ферменты действуют как эндогенные (молочные), так и экзогенные — вносимые с заквасочными микроорганизмами или ферментными препаратами.
Казеин молока представлен мицеллярным комплексом, включающим αs1-, αs2-, β- и κ-казеины. Стабильность мицелл обеспечивается κ-казеином, локализованным на поверхности и препятствующим агрегации за счет стерических и электростатических эффектов.
Основным этапом образования сырного сгустка является протеолитическое расщепление κ-казеина. Классическим ферментом является химозин (EC 3.4.23.4), относящийся к аспартатным протеазам. Он специфически гидролизует пептидную связь Phe105–Met106 κ-казеина, в результате чего образуются:
Потеря защитного слоя приводит к агрегации мицелл в присутствии ионов кальция и формированию пространственной гелевой структуры.
В современной технологии применяются:
Ферментативная активность коагулянта влияет на плотность сгустка, выход сыра и характер последующей протеолизы.
Лактоза подвергается ферментативному расщеплению под действием β-галактозидазы (лактазы) с образованием глюкозы и галактозы. Эти моносахариды далее вовлекаются в гликолитический путь, приводя к образованию молочной кислоты.
Основные эффекты накопления молочной кислоты:
Газообразование при участии ферментов декарбоксилирования способствует формированию глазков в сырах типа эмменталь.
Протеолиз является центральным процессом созревания и определяет текстурные и органолептические свойства.
Образующиеся соединения (аммиак, амины, серосодержащие вещества, альдегиды) формируют характерный аромат сыра.
Липолиз осуществляется под действием липаз (EC 3.1.1.3), расщепляющих триацилглицеролы до свободных жирных кислот и глицерина.
Основные источники липаз:
Коротко- и среднецепочечные жирные кислоты (масляная, капроновая, каприловая) обладают выраженным ароматом. Они служат субстратами для дальнейших превращений:
Эти реакции особенно характерны для сыров с плесенью.
Поверхностное созревание сопровождается активностью бактерий и грибов, продуцирующих протеазы, липазы и дезаминазы. Повышение pH на поверхности связано с разложением молочной кислоты и образованием аммиака.
Температура Повышение температуры ускоряет ферментативные реакции, но может привести к нежелательной протеолизе и дефектам текстуры.
pH среды Каждый фермент имеет оптимум pH. Например, химозин наиболее активен в слабокислой среде.
Активность воды и содержание соли Посолка регулирует ферментативные процессы, снижая активность воды и ингибируя нежелательные микроорганизмы.
Состав микрофлоры Видовой и штаммовый состав определяет профиль ферментативных реакций и конечные свойства продукта.
Контроль ферментативных процессов осуществляется подбором заквасок, дозированием ферментов и регулированием технологических параметров.
Использование рекомбинантных ферментов, селекция штаммов с заданной протеолитической и липолитической активностью, а также применение ферментных ингибиторов позволяют целенаправленно формировать свойства сыра. Ферментативные процессы рассматриваются как управляемая биохимическая система, обеспечивающая воспроизводимость качества и расширение ассортимента сыров.