dimarts, 9 desembre de 2008

Enzimas del cuajo para la producción de quesos

Itziar Ibarlucea y Gemma López. Curs 2008-2009

Introducción

El cuajo, o renina, es un complejo natural de enzimas presente en el jugo gástrico de los mamíferos rumiantes para digerir la leche materna y que se utiliza en la producción de queso. Su función biológica en los mamíferos es la de cuajar la leche, de forma que se relentece su paso por el estómago permitiendo así su absorción.
Esta propiedad es la que se utiliza en la producción de queso, el cual es básicamente la cuajada posteriormente tratada. Por ello, el único proceso estrictamente necesario en su producción es el cuajado. Las formas más comunes de realizar la separación de la leche en cuajada y suero son la acidificación (fermentación por bacterias lácticas) y la adición de cuajo. Mediante la primera forma se suelen obtener los quesos frescos, mientras que añadiendo también cuajo los quesos son más duros, secos y curados. En cualquier caso, la cuajada es posteriormente cortada en pequeñas secciones y calentada para facilitar la extracción del suero. A continuación se añade a un molde donde será prensada perdiendo así humedad y adquiriendo mayor consistencia. Le sigue el tratamiento con sal (salmuera o sal sólida) que mejorará su conservación y resaltará su aroma y textura. Dependiendo del tipo de queso se aplican un gran número de técnicas específicas, que dan las características finales al sabor y a la textura.



Composición del cuajo

El cuajo contiene básicamente dos enzimas: una mayoritaria, la quimosina y otra minoritaria, la pepsina. La potencia de un cuajo se suele referir a la cantidad de quimosina que contiene, y ésta variará en función de la edad del rumiante: los lactantes presentan una relación de 90% quimosina - 10% pepsina, mientras que en adultos es de 10% quimosina - 90% pepsina.
La quimosina (EC 3.4.23.4) es una proteasa de 323 residuos. Es sintetizada por las células del estómago de los rumiantes como pre-pro-quimosina (inactiva) cuya cadena tiene 58 aminoácidos más que la quimosina activa. Se secreta al cuarto estómago como pro-quimosina, también inactiva, tras el corte de 16 aminoácidos. Finalmente a pH ácidos, como el del estómago, se lleva a cabo una proteolisis catalítica de 42 aminoácidos que la convierte en la enzima activa. Su actividad es la de romper específicamente enlaces peptídicos entre la fenilalanina 105 y la metionina 106 de la kappa-caseína de la leche.
La selectividad de substrato de la quimosina viene determinada por presencia de una zona específica con cargas negativas, que interacciona con las histidinas que ocupan las posiciones 98, 100 y 102 en la kappa-caseína. Las bajas temperaturas inactivan esta enzima y las superiores a 45 ºC la desnaturalizan. La temperatura ideal para la coagulación de la leche es entre 28 y 37 ºC.

Proceso de coagulación de la leche

La leche está compuesta por carbohidratos (lactosa), lípidos (triacilglicéridos) y proteínas (caseína). Estas últimas son las responsables de la coagulación de la leche.
La caseína (alfa, beta y kappa) se encuentra en la leche formando submicelas, unidas entre si a través de fosfato cálcico, constituyendo así micelas de caseína.


Estructura de las micelas de caseína


Al añadir el cuajo a la leche, gracias al pH ácido de ésta (6,6), la quimosina es activa y hidroliza el enlace Phe(105) – Met(106) de la kappa-caseína. La proteína queda partida en dos fragmentos: uno insoluble (1-105) que se mantiene en la micela, y otro soluble (106-169) que es eliminado de ésta. En presencia de iones calcio, las micelas modificadas se agregan entre si formando una red tridimensional llamada paracaseína, que precipita. La leche queda así separada en cuajada y suero.

Resultado de la adición de cuajo a la leche: cuajado y suero



Industrialización


Antiguamente el cuajo se obtenía del cuarto estómago de animales lactantes, ya que en él actúa la renina (quimosina y pepsina). Este tipo de preparación recibe el nombre de rennet.
La elaboración antaño consistia en dejar secar los estómagos hasta que la renina difundiera (más información en http://es.wikipedia.org/wiki/Cuajo). El inconveniente del método antiguo radica en la dificultad para obtener dosis precisas de cuajo, y en su variabilidad de concentración a lo largo de su tiempo de uso.
Debido a esto y al incremento de la demanda de producción de queso, a lo largo de la historia se han desarrollado otras técnicas para solventar-lo (enzimas coagulantes). Las podemos clasificar según su origen en: coagulantes vegetales, microbianos y la quimosina producida por fermentación (FPC).
En la actualidad los FPC son los que tienen mayor participación en el mercado, con una tendencia de crecimiento. Los cuajos de ternero y bovino adulto (rennet) se encuentran en segundo lugar, y los coagulantes de Rhizomucor miehei (microbiano) son el tercer tipo de enzimas coagulantes más utilizadas en la elaboración de quesos.
  • El cuajo químico
    El cuajo sintético es obtenido a partir de procedimientos de síntesis química sin usar el estómago de terneros como materia primera y se comercializan en pastillas.

  • Los coagulantes vegetales
    Muchos vegetales contienen proteasas útiles para la elaboración de quesos tradicionales, especialmente en Portugal y en el mediterráneo. Entre los vegetales con esta característica destaca la flor de cardo (Cynara cardunculus) para la elaboración de quesos extremeños como la “Torta del Casar”.
    La preparación enzimática se obtiene artesanalmente macerando en agua los filamentos de los pistilos. (más información y otros ejemplos).

  • Los coagulantes microbianos
    A partir de la década de 1940 se empezó la búsqueda de coagulantes microbianos. Todos los utilizados en la elaboración de quesos son de origen fúngico. Una de las más utilizadas es la proteasa de Rhizomucor miehei, que es una aspartil-proteasa, como la quimosina. Ésta proteasa es la más glicosilada de todas las de este grupo, razón de que sea termorresistente. Se han comercializado tres tipos de aspartil-proteasas (más información).

  • La quimosina producida por fermentación (FPC)
    Con el desarrollo de las técnicas de ingeniería genética y debido a que los coagulantes microbianos generalmente son demasiado estables a la temperatura, permaneciendo activas en el cuajo después de la precipitación y originando una proteólisis perjudicial, se han introducido en la industria quesera quimosinas recombinantes. Se utilizan microorganismos en los que se insertan el gen de la pro-quimosina bovina en el genoma. La cadena polipeptídica es la misma que la original, pero la glicosilación es distinta. En la actualidad se utiliza el hongo Trichoderma reesei.
    La quimosina recombinante está presente en el mercado desde 1990, pero en la Unión Europea no está autorizada, sobretodo para los quesos con denominación de origen.



Actualidad

Una línea de mejora en cuajos es la producida por C. Hansen, que obtuvo la primera preparación de quimosina en la historia, ha publicado la segunda generación de FPC, 25 veces mejor que el coagulante microbiano producido a partir de Rhizomucor miehei.
Respecto a la comercialización del cuajo, actualmente se utiliza en líquido o en polvo procedente de la industria química.

Producción

La producción mundial de quesos, ha aumentado durante los últimos 20 años superando las 13.500.000 toneladas de las cuales el mayor porcentaje se ha generado en el continente europeo, destacando a Francia y Alemania. A nivel nacional de media se aumenta un 12.5% anual.
Respecto a la producción anual de cuajos, coagulantes o FPC los datos son a nivel comparativo; hoy en día, más del 50% del queso mundial se produce con la primera generación de FPC de Chr. Hansen.