Il mondo degli enzimi per l’industria alimentare è qualcosa di affascinante. I ruoli tecnologici svolti dagli enzimi sono molteplici: miglioramento del profilo sensoriale (sapore, colore, aroma) e della qualità generale, processi idrolitici specifici, e così via.

L’alta specificità, l’elevata efficienza catalitica e l’opportunità di utilizzarli in condizioni di processo blande li rendono strumenti adatti nella produzione alimentare. In passato, le fonti di enzimi erano matrici di origine animale e vegetale, oggi possiamo fare affidamento anche sulla fermentazione microbica e sull’ingegneria genetica per aumentarne disponibilità, purezza, specificità e convenienza economica.

L’industria lattiero-casearia ha a disposizione un’ampia gamma di enzimi (coagulanti del latte, altre proteasi, lipasi, lattasi, catalasi, ecc.), che permettono un numero incredibilmente elevato di applicazioni diverse, tutte con un obiettivo ultimo: migliorare la shelf-life dei prodotti lattiero-caseari. Gli enzimi per la coagulazione del latte coprono fino al 60% della quota di mercato (Kocabaş, 2022).

Il motivo per cui tali enzimi rappresentano la categoria più numerosa sul mercato è dovuto alla loro specifica applicazione nella fase più importante della produzione di formaggio: la coagulazione del latte a cagliata. I trasformatori hanno diverse opzioni per questa fase tecnologica:

• caglio animale, ottenuto dall’abomaso di giovani ruminanti attraverso un particolare processo di estrazione. Gli enzimi specifici per la coagulazione del latte sono la chimosina (il più importante) e la pepsina. Nel 1874, Christian Hansen rese possibile l’estrazione del caglio a livello industriale;
• coagulanti di origine vegetale, che si ottengono da organi vegetali di specie diverse (es. stimmi del fiore di cardo – Cynara cardunculus -, utilizzato per produrre il tipico formaggio italiano Caciofiore di Columella);
• coagulanti microbici. Il potenziale commerciale di questi enzimi è notevole, poiché possono soddisfare le esigenze dei consumatori vegetariani. Possono derivare da specie microbiche non geneticamente modificate, come Mucor, o da ceppi geneticamente modificati. Marzyme® di IFF Bioscience è un esempio di coagulante di derivazione microbica ottenuto da Rhizomucor miehei non geneticamente modificato.
• chimosina prodotta per fermentazione (FPC), ottenuta da ceppi di Aspergillus niger o Kluveromyces lactis geneticamente modificati: si tratta di chimosina pura al 100%. Questo coagulante si ottiene mediante fermentazione con un microrganismo ospite in cui è espresso il gene della chimosina, ottenendo così un enzima identico alla chimosina naturale. CHY-MAX® ( niger) di Chr. Hansen e Maxiren® (K. lactis) di DSM sono due esempi.

La chimosina del caglio è una proteasi ed è l’enzima più adatto alla coagulazione del latte per il rapporto tra attività coagulante e proteolitica. In particolare, idrolizza un legame specifico tra fenilalanina (Phe105) e metionina (Met106) nella k-caseina, portando così alla formazione della cagliata, dovuta ad una riorganizzazione delle micelle della caseina mediante cross-linking successiva all’idrolisi.

Il caglio animale ha ancora un ampio mercato, soprattutto in quei Paesi dell’Unione Europea dove si producono formaggi DOP/IGP: ad esempio, in Italia e Francia, i disciplinari delle DOP autorizzate stabiliscono l’utilizzo di caglio di diversa origine (caglio di vitello, caglio di capretto, etc.).

I coagulanti di origine vegetale contengono varie tipologie di enzimi proteolitici che non hanno l’elevata specificità della chimosina del caglio per il legame Phe105-Met106 della k-caseina. Liburdi e colleghi (2019) hanno studiato l’efficienza della coagulazione di tre estratti vegetali (C. cardunculus, C. papaya, F. carica) nel latte bovino, di bufalo, caprino e ovini a diverse temperature. L’estratto di C. cardunculus si è rivelato il coagulante di origine vegetale più idoneo per la produzione del formaggio, poiché ha mostrato proprietà di coagulazione simili al caglio di vitello convenzionale. Gli autori hanno inoltre evidenziato come l’eccessiva attività proteolitica dei coagulanti di origine vegetale possa influenzare negativamente la lavorazione del formaggio.

Prima che gli enzimi vengano immessi sul mercato, la preoccupazione principale è per la loro sicurezza alimentare. Negli Stati Uniti, secondo il Title 21, gli enzimi possono essere regolamentati come additivi alimentari diretti secondari attraverso il processo di approvazione prima della commercializzazione o designati come GRAS, sulla base delle condizioni d’uso previste per l’enzima. Queste regole si applicano agli enzimi ottenuti da microrganismi sia OGM che non OGM. Se gli Stati Uniti seguono un approccio più orientato al prodotto, nell’UE esiste una normativa specifica per gli enzimi alimentari (Reg. UE n. 1332/2008) che si concentra sul processo produttivo. Il Regolamento mira ad armonizzare le disposizioni sull’uso degli enzimi alimentari tra gli Stati membri dell’UE. Prima della commercializzazione, ogni enzima alimentare deve essere valutato in termini di sicurezza dall’EFSA e quindi approvato dalla Commissione Europea. Attualmente non esiste un elenco dell’Unione degli enzimi alimentari autorizzati; inoltre, la loro immissione sul mercato e l’uso e del prodotto ottenuto attraverso il loro utilizzo sono disciplinati dalla normativa nazionale. In Italia la chimosina microbica da DNA-ricombinante è stata autorizzata nel 1991.

La scelta del giusto enzima per la coagulazione del latte richiede la conoscenza del tipo di latte, del prodotto finale, delle condizioni specifiche di lavorazione e delle differenze tra le soluzioni disponibili sul mercato. Come discusso sopra, la produzione di formaggi DOP/IGP è in qualche modo obbligata all’uso di caglio animale, che può dover avere un’origine specifica (ad es., di capretto anziché di vitello) per conferire caratteristiche sensoriali peculiari (sapore piccante dovuto a lipasi nel caglio di capretto); tuttavia, l’ampia gamma di opzioni consente ai produttori di soddisfare le aspettative dei consumatori vegetariani.

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Riferimenti

Didem Sutay Kocabaş, John Lyne, Zeynep Ustunol, Hydrolytic enzymes in the dairy industry: Applications, market and future perspectives, Trends in Food Science & Technology, Volume 119, 2022, Pages 467-475, ISSN 0924-2244, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.12.013.

Katia Liburdi, Carlo Boselli, Gilberto Giangolini, Simonetta Amatiste, Marco Esti, An Evaluation of the Clotting Properties of Three Plant Rennets in the Milks of Different Animal Species. Foods 2019, 8(12), 600; DOI: https://doi.org/10.3390/foods8120600

FDA, 2010. Guidance for Industry: Recommendations for Submission of Chemical and Technological Data for Food Additive Petitions and GRAS Notices for Enzyme Preparations.
https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/guidance-industry-recommendations-submission-chemical-and-technological-data-food-additive-petitions

EFSA, 2023. Food enzymes. https://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/food-enzymes