Koagulacja – magia produkcji sera

Wpis dotyczący procesu krzepnięcia (koagulacja) białek mleka należy rozpocząć od Starożytnej Legendy o początkach sera:

W dawnych czasach pewien azjatycki podróżnik wyruszając w długą drogę podczas przygotowywania zapasów, napełnił mlekiem kozim, bukłak wykonany z wysuszonego żołądka owczego. Jego podróż była niebezpieczna i na tyle długa, że podróżnik chcąc oszczędzać zapasy – odkładał korzystanie z bukłaku tak długo jak to możliwe. Kiedy w końcu pragnienie zmusiło go do skorzystania z bukłaku w momencie, gdy spróbował zawartości został zaskoczony tym, że zamiast mleka w naczyniu znajduje się rzadki, wodnisty płyn. Zdziwiony otworzył bukłak i znalazł w nim biały skrzep, który okazał się bardzo smaczny.

Śnieżnobiały skrzep nazwano później serem, natomiast wodnisty płyn – serwatką.

Legenda, jako opowieść może być przekłamana jednak jedno jest pewne – mleko przechowywane w bukłakach z żołądków cielęcych po długim czasie zamienia się w ser. A więc jaka substancja zawarta jest w żołądkach cielęcych, która powoduje koagulację mleka?

Po pierwsze PODPUSZCZKA!

Dziś już wiadomo, że tradycyjne technologie przygotowania żołądków cielęcych do użycia jako bukłaki lub manierki nie usuwały z nich wszystkich substancji. Magiczna transmutacja mleka w ser w żołądku cielęcym jest możliwa przy udziale podpuszczki. Podpuszczka jest enzymem z podklasy hydrolaz wywołujących koagulację kazeiny. Tradycyjnie pozyskiwana była z żołądków cielęcych jednak w związku z gwałtownym wzrostem produkcji serów wprowadzono preparaty pochodzące z innych źródeł. Obecnie najczęściej stosowanymi preparatami koagulującymi są substancje pochodzenia mikrobiologicznego otrzymane z pleśni, drożdży lub bakterii. Wymiana podpuszczki cielęcej na preparaty mikrobiologiczne jest również sugerowana przez żywieniowców w związku z chorobą wściekłych krów oraz rosnącym zainteresowaniem dietami wegetariańskimi.

Transmutacja

Terminem tym zaczerpniętym z traktatów alchemicznych będą określane przez Autora procesy, w których otrzymywany jest ser. Podstawą wyrobu niemal wszystkich rodzajów serów jest koagulacja białek kazeinowych lub serwatkowych zawartych w mleku. Istnieje wiele kombinowanych technik pozwalających na koagulację białek mleka. Poniżej opisane zostaną najczęściej stosowane.

Koagulacja enzymatyczna (podpuszczkowa)

Metoda ściśle związana z przytoczoną legendą. W celu pełniejszego zrozumienia koagulacji enzymatycznej należy przypomnieć podstawową strukturę białek kazeinowych i ich układ przestrzenny.

Stan „0”

Białka kazeinowe są fosfoproteinami, co oznacza, że w swoim składzie zawierają poza węglem, wodorem, tlenem i siarką również fosfor. Kazeina nie jest jednorodnym białkiem – składa się z 5 podstawowych frakcji (α_s1, α_s2, β, κ, γ). W mleku o standardowym pH (6,6-6,75) 95% kazeiny występuje w formie kulistej (w formie tak zwanych micelli). Wewnętrzna część miceli składa się z frakcji α_s1, α_s2, oraz β podczas gdy zewnętrzna warstwa zbudowana jest z frakcji κ- kazeiny, która dzięki swojej strukturze i charakterystycznym „włoskom” stanowi warstwę ochronną całej miceli. Warstwy i frakcje kazeiny połączone są wiązaniami wapniowo-fosforanowo-cytrynianowymi. W świeżym mleku micelle kazeinowe posiadają ładunek ujemny, co sprzyja tworzeniu warstw wiążących wodę i stabilizację przestrzennej struktury w wyniku ich wzajemnego odpychania.

Strukturę białek kazeinowych w świeżym mleku należy nazwać na tym etapie stanem „0”, który przedstawiono na poniższym rysunku.

Skrzep podpuszczkowy otrzymuje się bez obniżania pH mleka w dwóch fazach – enzymatycznej i fizykochemicznej.

Po dodaniu do mleka podpuszczki następuje zniszczenie stanu „0” w wyniku rozerwania wiązania pomiędzy określonymi aminokwasami w strukturze κ-kazeiny i odłączenia glikomakropeptydu (scharakteryzowanego wcześniej jako „włoski” κ-kazeiny). W wyniku oddzielenia glikomakropeptydu, κ-kazeina staje się para-κ-kazeiną, która jest hydrofobowa (odpycha wodę). Micelle również stają się hydrofobowe, co sprzyja ich zbliżaniu do siebie i pojawianiu się między nimi wiązań, w których główną rolę odgrywają jony wapnia. Tym sposobem tworzony jest skrzep. Metoda enzymatyczna jest nieodwracalna, a otrzymany skrzep charakteryzuje się dużą zawartością wapnia i fosforu.

Koagulacja kwasowa

Skrzep kwasowy jak wskazuje nazwa otrzymywany jest poprzez obniżenie wartości pH mleka. Stan „0” utrzymywany jest w mleku o pH 6,6-6,75. W sytuacji obniżenia pH do punktu izoelektrycznego kazeiny (4,5-4,6) białka kazeinowe są elektrycznie obojętne (tracą ładunek ujemny i są neutralne). W stanie elektrycznej obojętności micelle tracą warstwy hydratacyjne i mogą się wzajemnie przyciągać. Przy pH 4,5-4,6 większość jonów wapnia uwalniana jest z miceli i jest tracone z serwatką. Otrzymany skrzep kwasowy zawiera 3-krotnie mniej wapnia niż skrzep podpuszczkowy. Skrzep kwasowy jest odwracalny – przy wzroście pH do wartości odpowiadających świeżemu mleku (pH 6,6-6,75) micelle znów stają się ujemne, wiążą jony wapnia i cząsteczki wody.

Opisane mechanizmy stanowią podstawowe metody otrzymywania skrzepów w produkcji serów. Inne stosowane metody opierają się na opisanych powyżej zależnościach.

Koagulacja kwasowo-podpuszczkowa

Metoda ta jest połączeniem mechanizmów koagulacji kwasowej i podpuszczkowej w wyniku, której otrzymuje się sery typu wiejskiego (cottage cheese).

Koagulacja termiczno – kwasowa

Podstawą koagulacji termicznej jest podatność białek do drastycznej zmiany struktury w wyniku ogrzewania. Dochodzi wtedy do denaturacji białek, które wytrącając się tworząc skrzep. Obniżenie pH poprzez dodanie kwasu ułatwia i przyspiesza proces. Tym sposobem tworzone są na przykład sery serwatkowe, typu włoskiego (Ricotta).

Koagulacja termiczno – wapniowa

Koagulacja zbliżona do metody termiczno – kwasowej, w której nie dochodzi do obniżenia pH, lecz skrzep uzyskiwany jest po dodaniu określonych ilości soli wapnia. Tradycyjnie metoda ta nazywana jest serwitową.

Podsumowanie

Powyżej opisano mechanizmy tworzenia skrzepów. Mimo, że na początku czasów proces produkcji serów posiadał znamiona magii czy swoistego rodzaju alchemii, dzięki szczegółowym badaniom został dokładnie odkryty i opisany. Na przestrzeni lat opisane metody były udoskonalane przez niezliczoną ilość serowarów tak, aby produkt, który możemy kupić spełniał nasze najbardziej wygórowane oczekiwania.