生物技术 奶酪 产商
生物技术拯救了奶酪生产商。
Joe Schwarcz 博士| 2024 年 7 月 16 日 技术
奶酪生产商们都快被逼疯了。人们吃的小牛肉不够了。屠宰场的小牛胃快用完了，奶酪行业也开始捉襟见肘。凝乳酶的数量不足以满足世界各地奶酪爱好者（即“奶酪爱好者”，源于希腊语中的“turo”，意为奶酪）的需求。
凝乳酶对于奶酪制作过程至关重要。至少如果你想要品尝比白软干酪更刺激的美食的话。传统上，凝乳酶是通过清洗、干燥、浸渍和腌制从小牛第四个胃中取出的内壁而制成的。这样得到的产品是两种酶的混合物，即凝乳酶和牛胃蛋白酶，这两种酶都可以凝固牛奶并将其转化为奶酪。为什么哺乳动物的胃壁含有这些酶？因为它们是正常消化所必需的！如果牛奶在胃中没有凝固到一定程度，它就会过快地流过消化道，其蛋白质将无法充分分解成可吸收的氨基酸。
酶是充当生物催化剂的专门蛋白质分子。它们使我们体内不断发生的无数化学反应成为可能。具体来说，凝乳酶和牛胃蛋白酶是蛋白酶，这意味着它们催化蛋白质的分解，这是牛奶凝固过程的核心任务。牛奶约含 87% 的水、3.5% 的脂肪、5% 的乳糖、1% 的矿物质和 3.5% 的蛋白质。蛋白质含量主要由酪蛋白分子组成，酪蛋白分子不溶于水，聚集成微小的球体，称为胶束。由于它们的密度与周围溶液相当，胶束保持悬浮状态。实际上，酪蛋白分子有三种，称为 α、β 和 κ 酪蛋白。在胶束中，α 和 β 酪蛋白像线球一样卷曲，并由 κ 酪蛋白固定在一起，其功能类似于橡皮筋。凝乳酶的作用是打破这种束缚，让酪蛋白分子伸展开来，形成一个长长的、缠结的蛋白质分子网络，然后从溶液中沉淀出来。脂肪和矿物质被困在这张蛋白质网中，瞧，我们就有了奶酪！
凝乳酶是催化这一过程的理想酶。在酸性环境中，它会特异性地切断 κ-酪蛋白，使其他酪蛋白解开。在胃中，酸性环境是由分泌盐酸的细胞产生的，而在奶酪制作中，在凝乳酶之前加入将乳糖转化为乳酸的细菌发酵剂。牛胃蛋白酶不太合适，因为它具有更一般的蛋白酶活性，以多种方式切断酪蛋白。这会削弱捕获脂肪所需的蛋白质网络，导致奶酪产量降低。除此之外，它产生的一些蛋白质碎片有苦味，会微妙地改变奶酪的风味。
到了 20 世纪 60 年代，凝乳酶短缺问题变得十分严重。年老动物的胃被迫使用凝乳酶，但由此产生的凝乳酶并不真正适合。随着动物年龄的增长，凝乳酶的产量会下降，而胃蛋白酶的产量会增加。但后来科学家发现，通过使用一种称为阴离子交换色谱法的技术，他们能够从年老动物的胃提取物中分离出纯凝乳酶。这使得 100% 纯凝乳酶首次问世，但该过程复杂且成本不菲。
还有另一种方法可以弥补小牛凝乳酶的不足。研究人员发现，某些真菌（ 典型的例子是Mucor miehei ）能够产生能够像凝乳酶一样裂解蛋白质的酶。这意味着无需使用任何动物凝乳酶就可以生产奶酪。这不仅解决了凝乳酶短缺的问题，还使得生产满足素食者需求的奶酪成为可能。这种奶酪也是犹太洁食，因为其中没有混合牛奶和肉类。但纯粹主义者声称味道不一样。他们可能是对的。真菌酶比凝乳酶具有更强的蛋白水解（蛋白质分解）活性，会产生“异味”。
随后，基因工程开始发挥作用，从根本上解决了凝乳酶问题。从小牛细胞中分离出指示凝乳酶形成的 DNA 片段（基因），并对其进行复制或“克隆”。然后，它被成功插入某些细菌（大肠杆菌）、酵母菌（克鲁维酵母）或真菌（黑曲霉）的遗传机制中，这些细菌、酵母菌或真菌会忠实地生产出纯凝乳酶。1990 年，美国食品和药物管理局批准了凝乳酶，成为我们食品供应中第一个基因工程产品。它与小牛胃中的凝乳酶 100% 相同，但由于它不是来自动物，因此对于不想在奶酪中加入肉制品的消费者来说是可以接受的。
在通过重组 DNA 技术生产的凝乳酶上市之前，人们采取了特别的预防措施。监管机构确保没有引入任何毒素，也没有活的重组生物。事实上，该产品只含有纯凝乳酶。用它制成的奶酪与用动物凝乳酶制成的奶酪完全没有区别。无论如何，凝乳酶本身在奶酪制作过程中会降解，成品中不会残留任何凝乳酶。如今，在北美，超过 80% 的奶酪都是用重组 DNA 技术生产的凝乳酶制成的。奶酪制造商不再需要担心小牛胃短缺，嗜酸乳杆菌可以满足他们挑剔的味蕾。多亏了生物技术，他们可以“说奶酪”并面带微笑。