DE3013207C2 - Verfahren zur Verringerung der thermischen Stabilität von mikrobiologischem Rennin - Google Patents
Verfahren zur Verringerung der thermischen Stabilität von mikrobiologischem RenninInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der thermischen Stabilität von mikrobiologischem
Rennin. Rennin ist die Bezeichnung für ein milchkoagulierendes Enzymprodukt
Bei der Herstellung von Käse wird die Milch koaguliert, um den Quark von der Molke zu trennen.
Produkte, die Rennin bzw. Labferment enthalten, das ein aus Kälbermägen isoliertes milchkoagulierendes
Enzym ist, wurden lange Zeit für diesen Zweck angewandt. In der Vergangenheit konnte der Bedarf an
Rennin durch Labferment (aus Kälbermägen) gedeckt werden, aber in den letzten Jahren wurden verschiedene
Austauschstoffe für Labferment entwickelt, wie insbesondere mikrobiologisches Rennin von Mucor miehci
und Mucor pusillus. Rennin von Mucor miehei wird zur Käseherstellung bevorzugt aufgrund seiner geringen
Kosten, seiner geringen unspezifischen proteolytischen Aktivität und seiner großen Ähnlichkeit mit Labferment
bezüglich der Empfindlichkeit gegen Calciumionen.
Eine andere vorteilhafte Eigenschaft von Rennin von Mucor miehei, die zumindest teilweise seiner hohen
thermischen Stabilität zugeschrieben wurde, ist seine ausgezeichnete Lagerbeständigkeit.
Ein Teil der pasteurisierten Molke wird als Zusatz zu VoHmilch angewandt, z. B. in Form von Molkenpulver,
um eine angereicherte Milch herzustellen, z. B. als Babynahrung. Die pasteurisierte Molke, die bei der
Herstellung von Käse mit Rennin von Mucor miehei anfällt, kann noch kleinere Mengen Renninaktivität
enthalten aufgrund der hohen thermischen Stabilität von Rennin von Mucor miehei. Eine etwaige Restrenninaktivität
im Molkenpulver ist unerwünscht, da eine Proteinkoagulation nicht mehr auftreten soll. Eine
solche könnte jedoch auftreten, wenn das Molkenpulver angewandt wird zur Herstellung von angereicherter
Milch als Babynahrung. Die angereicherte Milch kann koagulieren, bevor sie in den Magen des Säuglings
kommt, z. B. in der Flasche, wodurch der Milchfluß verstopft wird.
In Biochim. Biophys. Acta 271 (1972) 93-101 (W. S. Rickert, Structural and functional determinants of
Mucor miehei protease, I. Modification of the NH2 terminus and lysine residues by carbamylation) Ut
angegeben, daß Protease von Mucor miehei (die wirksame Komponente von Rennin von Mucor miehei)
mit Kaliumcyanat carbamyliert werden kann und daß s das carbamylierte Produkt eine geringe thermische
Destabilisierung zeigt Praktische Versuche haben
gezeigt, daß die thermische Destabilisierung des carbamylierien Enzyms zu gering ist um das obenerwähnte
Problem der Renninaktivität in pasteurisierter Molke zu lösen. In der BE-Anmeldung 6/47 048 (DE-OS
29 51 793) wird angegeben, das Enzym zur Destabilisierung zu acylieren.
In der DE-OS 29 01 542 wurde angegeben, mikrobiologisches
Rennin mit Wasserstoffperoxid» entweder als solches oder in situ gebildet, zu behandeln.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftlich durchführbares Verfahren zu entwickeln,
mit dessen Hilfe mikrobiologisches Rennin in einem solchen Ausmaß destabilisiert werden kann, daß die von
der restlichen mikrobiologischen Renninaktivität stammenden Nachteile in pasteurisierter Molke wirtschaftlich
überwunden werden können.
Es hat sich nun erfindungsgemäß gezeigt, daß es bei Verwendung einer speziellen Gruppe von Peroxyverbindungen,
die sich von den in der obenerwähnten GB-OS angegebenen unterscheiden, möglich ist die
thermische Destabilisierung mit einer molaren Menge an Peroxyverbindung in Beziehung auf die Gesamtmenge
an vorhandenem Protein durchzuführen, die wesentlich niedriger ist als die entsprechende Menge an
Wasserstoffperoxid gemäß der GB-OS.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Verringerung der .thermischen Stabilität von mikrobiologischem
Rennin durch chemische Modifizierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Rennin in
einem wäßrigen Medium bei einem pH-Wert zwischen 2 und 9 mit einer anorganischen Peroxysäure oder mit
einem Peroxysäurederivat einer aliphatischen Carbonsäure mit einer gerad- oder verzweigtkettigen Alkylgruppe,
die nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome enthält, in einer Menge von 0,1 bis 25 mMol Peroxysäure/g
Gesamtprotein in der Zubereitung behandelt.
Am besten enthält die Alkylgruppe des Peroxysäurederivats
einer aliphatischen Carbonsäure nicht mehr als 4 Kohlenstoffatome.
Beispiele für niedere aliphatische Peroxysäuren sind Peroxyameisensäure, Peroxyessigsäure, Peroxypropionsäure
und Peroxybuttersäure.
Beispiele für Salze anorganischer Peroxysäuren sind Kaliumpersulfat und Natriumperphosphat.
Während die Behandlung nach der erwähnten GB-OS mit Hilfe von H2O2, entweder als solches oder in situ
gebildet, durchgeführt wird, wird angenommen, daß der Mechanismus der erfindungsgemäßen Reaktion nicht
über H2O2 verläuft. Es wird auch angenommen, daß dieser unterschiedliche Mechanismus der Grund dafür
ist, daß es erfindungsgemäß möglich ist, eine zufriedenstellende thermische Destabilisierung mit Hilfe einer
molaren Menge an Peroxyverbindung, bezogen auf die Gesamtmenge an Protein, zu erreichen, die nur ein
Bruchteil, d. h. in der Größenordnung von ungefähr 1/10 der entsprechenden molaren Menge H2O2 liegt, wie er
nach der GB-OS benötigt wird.
Die drastische Verringerung an benötigtem Reagens ergibt mindestens zwei Vorteile. Erstens wird die sonst
unumgängliche Inaktivierung von überschüssigem Reagens vermieden. Zweitens sollte eine Verunreinigung
des mikrobiologischen Rennins durch zugesetzte
Reagentien möglichst gering gehalten werden, da das Rennin für Nahrungsmittel für den Menschen verwendet werden soIL
Es hat sich gezeigt, daß mikrobiologisches Rennin, das
erfindungsgemäß modifiziert worden ist, deutlich destabilisiert ist und daß die Destabilisierung ausreicht,
um den Erfordernissen zu entsprechen, wie sie bei der Verwendung von Molke auftreten, ohne daß nachteilige
Wirkungen auf die Lagerstabilität der Renninzubereitung auftreten. Überraschenderweise hat es sich gezeigt,
daß es erfindungsgemäß möglich ist, einen Destabilisierungsgrad (wie später näher erläutert) von mindestens
80C, vorzugsweise 10 bis 13°C zu erreichen, der in dem
bevorzugten Bereich dazu führt, daß die thermische Stabilität des modifizierten Enzyms derjenigen von
Kälberrennin (Labferment) entspricht, wobei die günstigen Eigenschaften des Kälberrennins kombiniert sind
mit den günstigen Eigenschaften des mikrobiologische» Rennins.
Die Renninaktivität wird nach dem British Standard 3624, 1963 gemessen (Verfahren zur Bestimmung der
Koagulationskraft von Rennin für Milch).
Da die Erfindung sich auf eine gesteuerte thermische Destabilisierung von mikrobiologischem Rennin bezieht, sind im folgenden die Verfahren zur Messung der
thermischen Stabilität und zur Quantifizierung der Verringerung der thermischen Stabilität, d. h. der
Destabilisierung, näher ausgeführt, wobei die Destabilisierung in "C angegeben ist.
Unter idealen Bedingungen kann ein Enzym bei einer entsprechenden (hohen) Temperatur so denaturiert
werden, daß die Restaktivität des Enzyms abnimmt als Funktion der Zeit entsprechend einer exponentiell
abfallenden Kurve, d. h. mit einer gut definierten Halbwertszeit, die eine Funktion der Temperatur ("C)
ist
Die Halbwertszeit T\n kann nach der folgenden
Formel berechnet werden:
T _ Q2-QIn 2
'1/2
in der A\ die Enzymaktivität nach dem Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur für die Zeit i| bedeutet, während
A2 die Enzymaktivität nach dem Erhitzen auf die gleiche
Temperatur für die Zeit (7 angibt. Die Halbwertszeit ist
kürzer, je höher die Temperatur ist bei sonst gleicher Arbeitsweise. Bei vielen Enzymen wird die Halbwertszeit wesentlich verändert durch eine Veränderung des
pH-Werts der Enzymlösung und der lonenstärke sowie das Vorhandensein bestimmter Salze. Außerdem kann
die Halbwertszeit wesentlich verändert werden durch Bildung von Derivaten des Enzyms. Wenn die Bildung
eines Derivats eines bestimmten Enzyms zu einer thermischen Destabilisierung des Enzyms führt, ist der
Grad der Destabilisierung n°C, wenn das ursprüngliche (nicht modifizierte) und das modifizierte Enzym die
gleiche Halbwertszeit bei /V°C und (N-nfC besitzen.
Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Destabilisierungswerte bis zu einem gewisstn Grad nur Näherungs
werte darstellen, da die Halbwertszeit immer nur ein Näherungswert ist. Alle Destabilisierungswerte dieser
Beschreibung sind bei einem pH-Wert von 6,0 gemessen, da die Ergebnisse der Destabilisierungsmessungen pH-abhängig sind.
t| Normalerweise wird die erfindungsgemäße Behand-
[| lung von einem Aktivitätsverlust begleitet, und es hat
'! sich gezeigt, daß aus wirtschaftlichen Gründen die
Destabilisierung nicht weiter als bei zu einem Aklivitätsverlust von ungefähr 50%, vorzugsweise
ungefähr 30%, und insbesondere weniger als 10% durchgeführt werden sollte.
In einem typischen Fall scheint die Destabilisierung
von 10 oder 11 "C mit einem Aktivitätsverlust, der auf
weniger als 10% begrenzt ist, ein annehmbarer Kompromiß zwischen den oben angegebenen, sich
widersprechenden Faktoren zu sein.
Die Peroxysäure sollte in einer solchen Konzentration angewandt werden, daß der gewünschte Destabilisierungsgrad in einer vernünftigen Zeit erreicht wird,
die zwischen einigen Minuten und 48 h oder sogar einer Woche liegen kann. Das Verhältnis von Peroxysäure zu
Gesamtprotein in dem Enzymprodukt ist für die Ergebnisse wichtig. Wenn die Konzentration an
Peroxysäure zu gering ist, ist die Destabilisierung zu gering, und wenn die Konzentration an Peroxysäure zu
hoch ist, wird der Aktivitätsverlust zu hoch. Die
optimalen Konzentrationen entsprechen üblicherweise
einem Molverhältnis zwischen dem Mittel und der
0,1 bis 25 mMol Peroxysäure pro g Gesamtprotein.
auf Werten z. B. unterhalb ungefähr 300C gehalten wird,
bei denen die Stabilität des Enzyms ausreichend ist. Die Stabilität des Enzyms sollte jedoch verbessert werden
durch Zugabe bekannter stabilisierender Mittel, z. B. von NaCl in einer Menge von 5 bis 20%, bezogen auf die
Enzymzubereitung, oder Sorbit in den üblichen enzymstabilisierenden Mengen. Die günstigste Reaktionstemperatur liegt bei 0 bis 30° C.
Ein Destabilisierungsgrad von mindestens 8°C,
vorzugsweise 10 bis 13°C, und ein damit verbundener
Aktivitätsverlust von nicht mehr als 30, vorzugsweise
weniger als 10%, werden für die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Grenzen
angesehen.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, das mikrobiologi
sehe Rennin mif Peroxyessigsäure, Peroxypropionsäure
oder Monoperschwefelsäure zu behandeln.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, ein mikrobiologisches Rennin zu behandeln, das von Mucor
miehei stammt Das Molverhältnis zwischen Peroxysäu-
« re und Gesamtprotein in der Enzymzubereitung beträgt
insbesondere 0,5 bis 5 mMol Peroxysäure/g Protein. Der pH-Wert liegt zwischen 2 und 9 und die Reaktionstemperatur zwischen 0 und 30° C.
Das erfindungsgemäß hergestellte Rennin kann man
so selbstverständlich zur Koagulation von Milch bei der Käseherstellung verwenden.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Anwendung
von destabilisiertem Rennin zur Herstellung von haltbaren Käsesorten besonders günstig ist
Das erfindungsgemäße Destabilisierungsverfahren kann und wird zweckmäßig durchgeführt als letzte Stufe
bei der Herstellung von mikrobiologischem Rennin. Tatsächlich kann (handelsüblich) reines mikrobiologisches Rennin oder Renninkonzentrat für das erfin-
dungsgemäße Verfahren angewandt werden. So wird z. B. der pH-Wert einer stabilisierten mikrobiologischen
Renninlösung, die sonst für die üblichen Aufbereitungsstufen vor der Abgabe fertig ist, auf einen vorbestimmten Bereich für die Behandlung (z. B. pH 5) eingestellt
und dw. Lösung dann unter Rühren bei Raumtemperatur
mit ein^r Lösung der Peroxysäure vermischt, wobei die Menge an Peroxysäure in dem obenerwähnten Mol-Bereich, bezogen auf das Gesamtprotein in der mikrobio-
logischen Renninlosung, liegt. Das Gemisch wird dann
einige Stunden stehengelassen, bis der erwünschte Destabilisierungsgrad erreicht ist, z. B. 4 Stunden. Das
destabilisierte Enzymprodukt kann dann den üblichen Aufarbeitungsschritten, z. B. Filtration, Einstellung von
pH-Wert und Enzymaktivität auf Stardardstärken usw. unterworfen werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert
Als Ausgangsinaterial wurde ein Renrün-Konzentrat
angewandt, das hergestellt worden war entsprechend »2. Pik* plant experiment« in der GB-PS 11 08 287,
wobei nur die Kulturflüssigkeit auf eine Aktivität entsprechend einer 1 %igen Lösung des reinen Enzyms
konzentriert worden war (Comptes Rendus des Traveaux du Laboratoire Carlsberg, Bd. 37, Nr. 14,
301—325) (der Einfachheit halber im folgenden als »Rennilase 46« bezeichnet). Die Aktivität des Konzentrats
betrug ungefähr 50 000 Rennin-Einheiten pro ml (oder 50 000 S- Einheiten/ml).
5 ml Rennilase 46 wurden unter Zugabe von NaCl bis zu einer Konzentration von 12% in dem Gemisch auf
15 ml verdünnt. Dann wurden 50 μΐ 37%ige Peressigsäure (enthaltend 3,8% H2O2) zugegeben, wobei
gleichzeitig der pH-Wert mit 4 η HCl auf 23 eingestellt
wurde. Nach einer Reaktionszeit von 1 h bei 25°C wurde das Gemisch mit 4 η NaOH auf pH 7,0 neutralisiert.
Die Aktivitätsausbeute betrug ungefähr 20%, und die Halbwertszeit bei 55°C unter den obenerwähnten
Bedingungen lag unter 5 min entsprechend einer Destabilisierung von mindestens 13° C.
150 ml Rennilase 46 wurden mit 150 ml Wasser verdünnt und in drei Teile von 100 ml aufgeteilt. Der
pH-Wert dieser Anteile wurde auf 3,5 bzw. 7 eingestellt. Bei Raumtemperatur und unter heftigem Bewegen
wurden 300 μΙ einer handelsüblichen 25%igen Peressigsäure (1 mMol) zu jedem der drei Anteile zugegeben
und der pH-Wert gleichzeitig durch Zugabe von 4 η NaOH erneut eingestellt. Die Proben wurden über
Nacht bei 4°C stehengelassen und anschließend analysiert. Der Versuch wurde wiederholt, wobei jedoch
nur 0,5 Mol Peressigsäure in Form von 750 μϊ einer 5% igen Peressigsäurelösung zugesetzt wurden.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
lösung zu jedem der drei Anteile gegeben und der pH-Wert erneut eingestellt. Die Proben wurden über
Nacht bei 4° C stehengelassen und anschließend analysiert
Der Versuch wurde wiederholt, wobei jedoch 2 ml 1 m Kaliummonopersulfatlösyng zu jedem Anteil zugegeben
wurden.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
pH | KHSO5 | Aktivitäts | Halbwerts | Desta |
(mMol) | ausbeute | zeit bei | bili | |
(%) | 55°C, pH 6,0 | sierung | ||
(min) | (0C) | |||
3 | 1 | 105 | 53 | 8 |
5 | 1 | 112 | 58 | 8 |
7 | 1 | 103 | 41 | 8 |
3 | 2 | 102 | 32 | 9 |
5 | 2 | 106 | 30 | 9 |
7 | 2 | 97 | 16 | 10 |
Sechs Anteile von je 50 ml Rennilase 46 wurden mit 50 ml Wasser verdünnt und der pH-Wert auf 5
eingestellt. Hierzu wurden 75, 150, 300, 450, 600 bzw. 750 μΙ 5%ige Peressigsäure (mit 0,6% H2O2) zu den
sechs Anteilen unter heftigem Bewegen zugegeben und gleichzeitig der pH-Wert erneut mit 4 η NaOH auf 5
eingestellt. Nach 1 h bei Raumtemperatur wurde jeweils 1 ml zur Analyse entnommen.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Peressigsäure (mMol)
Ausbeute
Halbwertszeit bei 55°C, pH 6,0 (min)
Destabilisierung (0C)
45
PH | Peroxy- | Aktivitäts | Halbwerts | Desta |
essigsäure | ausbeute | zeit bei | bili | |
(mMol) | (%) | 55°C, pH 6,0 | sierung | |
(min) | (0C) |
0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 50 0-5
104 1045 1 106 313 4
105 45 8
106 14 11 102 8 12 102 6 13
0,5
0,5
0,5
105
106
106
86
103
103
4,9 5.6 7,4 3,0 3,0 3,7
13 13 12 14 14 14
55
60
150 ml Rennilase 46 wurden mit 150 ml Wasser verdünnt und in dreimal 100 ml aufgeteilt und der
pH-Wert auf 3, 5 bzw. 7 eingestellt. Bei Raumtemperatur und unter Bewegen wurde 1 ml 1 m Kaliumpersulfat-
65
Drei Anteile von je 50 ml Rennilase 46 wurden mit 50 ml Wasser verdünnt und der pH-Wert auf 5
eingestellt. Zu einem Anteil wurden 0,55 ml und zu dem zweiten Anteil 1,10 ml einer ungefähr 0,46 m Perameisensäure
(0,1 m H2O2) unter heftigem Rühren und
gleichzeitiger Einstellung des pH-Wertes mit 4 η NaOH auf 5 zugegeben. Zu dem dritten Anteil wurden 2,2 ml
einer ungefähr 0,45 m Perameisensäure, die mit kalter 4 η NaOH neutralisiert worden war, gegeben.
Nach 2,5 h bei Raumtemperatur wurde jeweils 1 ml zur Analyse entnommen.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Pe [-ameisensäure
(mMol)
(mMol)
Ausbeute
Halbwertszeit bei 55° C,
pH 6,0 (min)
pH 6,0 (min)
Destabili-
sierung
(0C) Nach zwei Stunden bei Raumtemperatur wurden
I-ml-Proben zur Analyse entnommen.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
0,25 (sauer)
0,5 (sauer)
1,0 (neutralisiert)
0,5 (sauer)
1,0 (neutralisiert)
86
70
97
8,8
3,4
3,4
12 14
13
IO
Zwei Anteile von je 50 ml Rennilase 46 wurden mit 50 ml Wasser verdünnt und der pH-Wert auf 5 Perpropioneingestellt.
Zu einem Anteil wurden 5 ml einer ungefähr säure 0,2 m Perpropionsäure (0,1 m H2O2) unter gleichzeitiger 15 Perpropion-Einstellung
des pH-Werts mit 4 η NaOH zugegeben. Zu säure (neudem zweiten Anteil wurden 5 ml der ungefähr 0,2 m tralisiert)
Perpropionsäure, die vorher neutralisiert worden war, Perbuttergegeben,
säure
Der Versuch wurde wiederholt, wobei nur 5 ml 20 Perbutterungefähr 0,2 m Perbuttersäure (0,1 m H2O2) zugesetzt säure (neu
wurden. tralisiert)
Reagens | Menge | Ausbeute | Halbwerts | Desta- |
(mMol) | (%) | zeit bei | bili- | |
(ungefähr) | 55°C, | sierung | ||
6,0 pH (min) | (0C) |
88
106
82
82
102
<3
<3 <3
<3
230244/511
Claims (3)
1. Verfahren zur Verringerung der thermischen
Stabilität von mikrobiologischem Rennin durch chemische Modifizieiung, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Rennin in einem wäßrigen Medium bei einem pH-Wert zwischen 2 und 9 mit
einer anorganischen Peroxysäure oder mit einem Peroxysäurederivat einer aliphatischen Carbonsäure
mit einer gerad- oder verzweigtkettigen Alkylgruppe, die nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome enthält, in
einer Menge von 0,1 bis 25 mMol Peroxysäure/g Gesamtprotein in der Zubereitung behandelt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Peroxysäure in einer Menge
von 0,5 bis 5 mMol/g Gesamtprotein in der Zubereitung einsetzt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Peroxysäure Monoperschwefelsäure.
Peressigsäure oder Perpropionsäure einsetzt
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