KE 4/2010, s. 34 Entsyymit lihateollisuudessa

Kuluttajat haluavat korkealuokkaisia, mutta kuitenkin kohtuuhintaisia lihatuotteita. Näihin toiveisiin perustuen lihateollisuuden käyttöön on kehitetty entsymaattisia menetelmiä, joiden avulla heikompilaatuisista ruhonosista saadaan valmistettua hyvälaatuisia, mureita arvolihatuotteita

Kuluttajat arvioivat lihan laadun ensisijaisesti rakenteen ja mureuden sekä maun perusteella. Perinteisesti mureutta on lisätty raakakypsytyksellä, jolloin lihan omat endogeeniset proteaasit vastaavat mureutumisesta. Mureutumisprosessia voidaan tehostaa kasvi- tai mikrobiperäisillä proteaaseilla. Eniten käytettyjä mureuttajaentsyymejä ovat kasvientsyymit papaiini (papaijan maitiaisnesteestä), bromelaiini (ananaksen varresta) ja fisiini (fiikuskasvien maitiaisnesteestä).

Niiden käytöllä on vuosituhantiset perinteet, sillä esim. papaiinia hyödynsivät jo Etelä-Amerikan intiaanit kääriessään lihapaloja papaijanlehtiin tai hieroessaan lihaan papaijamehua. Yhdysvalloissa entsyymipohjaista lihanmureuttajajauhetta (esim. Adolph’s Meat Tenderizer) myydään suoraan kuluttajille.

Rakenne silpuksi…

Entsyymi ja sen käyttötapa valitaan halutun mureutuskohteen mukaan. Jos tarkoitus on nopeuttaa hyvälaatuisten ruhonosien raakakypsytystä, pitäisi proteiinien pilkkominen kohdistaa myofibrilliproteiineihin. Jos sen sijaan tarkoitus on pehmentää esim. vanhoista eläimistä lähtöisin olevaa sitkeää, runsaasti sidekudosta sisältävää lihaa, tulee pilkkomisen pääkohteena olla kollageeni.

Natiivi kollageeni on vahva proteiini, jota lihan mureuttamisessa eniten käytetyt kasviproteaasit eivät pysty pilkkomaan. Lämpökäsittely, joka denaturoi kollageenin eli aiheuttaa sen biologisesti aktiivisen rakenteen aukeamisen, tehostaa jokin verran kasviproteaasien kykyä pilkkoa kollageenia. Lämpökäsittelystä huolimatta kasviproteaasit pilkkovat edelleen valitettavasti tehokkaammin muita lihan proteiineja kuin kollageenia. Tämän vuoksi sidekudoksellisen lihan entsyymiavusteinen mureuttaminen johtaa lähes väistämättä lopputulokseen, jossa lihan punainen osa on liian pehmeää ja puuromaista.

Kollagenaasi, joka pilkkoisi kohdennetusti kollageenia sitkeästä sidekudososasta, mutta ei koskisi lihan punaiseen osaan, mahdollistaisi vähempiarvoisten ruhonosien käytön pihveinä tai vastaavina kokolihatuotteina. Valitettavasti elintarvikekelpoista, kaupallista kollagenaasia ei ole saatavilla, vaikka tarvetta sellaiselle olisi.

Mureutustutkimuksissa on käytetty joko nisäkkäistä eristettyä tai patogeenisten mikrobien tuottamaa kollagenaasia. Kasvi- tai mikrobiperäistä elintarvikekelpoista kollagenaasia etsitään kovasti. Paljon kiinnostusta ovat herättäneet inkiväärin proteaasit. Inkiväärijauheen ja -uutteen on todettu mureuttavan sitkeitä lihoja, kuten esim. munintakanan ja puhvelin lihaa.

Luontaisten kasviperäisten proteaasien hyödyntäminen olisi kuluttajille mieluista. Joissakin tutkimuksissa on kokeiltu kasvisoseiden ja -mehujen mureutusvaikutusta.

… ja silput rakenteeksi

Kotimaiselle lihateollisuudelle hyvinkin tuttu transglutaminaasi lienee lihatuotteissa eniten käytetty lisätty entsyymi. Paitsi liha- ja kalatuotteissa, sitä käytetään myös monissa muissa sovelluksissa, esim. maitotuotteiden rakenteen ja leivonnaisten laadun parantamisessa sekä jopa villan ja silkin ominaisuuksien muokkaamisessa.

Transglutaminaasi ristisilloittaa elintarvikematriisin proteiineja kovalenttisilla sidoksilla, joten se toimii tehokkaana prosessoitujen ja lämpökäsiteltyjen lihatuotteiden rakenteen räätälöinnin apuvälineenä. Muitakin entsyymeitä kuten lakkaasia ja tyrosinaasia on tutkittu lihaproteiinien ristisidonnassa, mutta näiden entsyymien käyttöpotentiaali vaatii vielä tutkimusponnistuksia.

Käytännössä transglutaminaasi on eniten tutkittu ja teollisesti käytetty rakenteenmuodostajaentsyymi. Kaupalliset transglutaminaasit ovat mikrobiperäisiä.
Transglutaminaasia käyttämällä voidaan heikot ruhonosat hyödyntää tarkasti liimaamalla ne palasista ehjää lihaa muistuttaviksi lihapaloiksi.

Ilman entsyymiä se on myös mahdollista, mutta tällöin tarvitaan suolaa ja fosfaatteja entsyymisovellusta huomattavasti enemmän. Kylmässä prosessoitaessa transglutaminaasin geelin- ja rakenteenmuodostuskykyä tehostetaan käyttämällä sitä yhdessä kaseinaatin kanssa.

Paitsi raakojen, uudelleenkoostettujen lihapalojen muodostamiseen, transglutaminaasia käytetään jauhettujen ja kypsennettyjen tuotteiden rakenteen jämäköittämiseen. Entsyymi lisää rakenneproteiinien välisiä sidoksia, jolloin tuotteen rakenteesta tulee tiiviimpi ja kovempi. Transglutaminaasin on havaittu tietyissä sovelluksissa lisäävän kypsennyshävikkiä.

Tämä valmistajan kannalta ikävä ilmiö johtunee siitä, että entsyymi joissain tapauksissa muodostaa myofibrilliproteiinien välille liiankin tiheän ja tiiviin sidosverkoston, joka veden sitomisen sijaan puristaa sitä ulos itsestään. Vedensidontakyvyn alentumista on havaittu erityisesti jauhetuissa ja kypsennetyissä lihatuotteissa, joiden suolapitoisuus on alhainen (<2 % NaCl).

Lihan vedensidontakykyyn vaikuttavat monet valmistuksen muuttujat, esimerkiksi erilaiset suolat, mutta myös monet lihan omat ominaisuudet kuten pH.

Vedensidontakyky on monimutkainen ilmiö. Koska havainnot transglutaminaasin vaikutuksista vedensidontakykyyn ovat osittain keskenään ristiriitaisia, ei yleistystä entsyymin vaikutuksesta vedensidontaan voida tehdä. Parhaan mahdollisen lopputuloksen saamiseksi transglutaminaasin annostus ja prosessiolosuhteet pitää optimoida jokaiselle tuotteelle ja prosessille erikseen.

Vedensidontakykyä voidaan monissa tapauksissa parantaa lisäämällä reseptiin muuta kuin lihaperäistä proteiinia tai hydrokolloideja. Joka tapauksessa transglutaminaasin positiivinen vaikutus lihatuotteiden rakenteeseen on kiistaton.

Entsyymeillä makua

Mureuden lisäksi maku on toinen kuluttajille tärkeä lihan laatuominaisuus. Raa’an liha maku on varsin mieto. Prosessoidun lihan maku muodostuu lähinnä entsyymien toiminnan tai erilaisten kemiallisten reaktioiden seurauksena.

Entsymaattisista reaktioista maun kannalta tärkeimpiä ovat proteolyysi (proteiinien pilkkoutuminen) ja lipolyysi (rasvojen pilkkoutuminen). Näitä reaktioita aikaansaavat entsyymit ovat joko lihan omia, endogeenisiä entsyymeitä, peräisin lihassa olevista mikrobeista tai startterimikrobeista, tai ne on lisätty tuotteeseen valmistuksen aikana.

Entsyymien käyttöä lihatuotteiden maun parantamiseen on tutkittu lähinnä fermentoiduissa, kestomakkarantyyppisissä tuotteissa. Niiden kypsytysvaihe, jonka aikana maku kehittyy tuotteelle tyypilliseksi, on pitkä ja varastointikustannusten takia kallis, joten sitä on monin tavoin pyritty lyhentämään.

Proteaaseja ja lipaaseja on kokeiltu tähän tarkoitukseen, mutta yhdessäkään nämä entsyymit eivät ole kovin hyvä keino kypsytysajan lyhentämiseen. Tarvitaan myös muuntyyppisiä lisättyjä entsyymejä tai startterikantoja, jotta lopputuotteen mausta tulee lyhennetyn ajan kuluessa vastaava kuin perinteisessä, pitkässä kypsytyksessä. Eräs uusi ja mielenkiintoinen entsyymi tässä sovelluksessa on glutaminaasi, joka muodostaa tuotteeseen lihaisaa umamimakua aikaansaavaa glutamiinihappoa sekä happamuutta neutraloivaa ammoniakkia.

Maitohappobakteerien tai homeiden soluttomien uutteiden lisääminen fermentoitavaan lihamassaan on osoittautunut lupaavaksi kestomakkaroiden kypsytysajan lyhentämiskeinoksi. Uutteissa olevat entsyymit tehostavat aromiaineiden muodostumista ja parantavat makkaroiden aistittavaa laatua.

Sivuvirrat tehokäyttöön tulevaisuudessa

Teurastuksen sivutuotteiden syötäväksi kelpaavat osat sisältävät runsaasti ravitsemuksellisesti arvokkaita proteiineja ja erilaisia rasvoja. Käytössä olevilla mekaanisilla ja fysikaalisilla tekniikoilla syötävästä sivuvirrasta on mahdollista eristää proteiinit, peptidit, aminohapot, rasvat tai rasvahapot.

Olemassa olevien tekniikoiden täydentäminen entsyymeillä antaa mahdollisuuden eristää juuri tietty proteiini- tai rasvafraktio haluttuun käyttötarpeeseen sekä muokata näiden fraktioiden toiminnallisia ominaisuuksia haluttuun suuntaan.

Entsyymien käyttösovelluspaletti on valtavan laaja. Niiden tehohyödyntäminen vaatii toki asiantuntemusta, mutta ennen kaikkea uudenlaista ajattelutapaa.
Proteolyyttisiä entsyymejä käytetään erilaisten lihatuotannon sivuvirtojen hyödyntämisessä. Vahvasti lihalta maistuvia proteiinihydrolysaatteja käytetään mm. keitoissa, kastikkeissa ja valmisruuissa. Hydrolysaatteja valmistetaan proteaasien avulla esim. luista, sisäelimistä ja muista sellaisenaan elintarvikekäyttöön huonosti soveltuvista ruhonosista.

Hydrolysaatteja käytetään arominvahventeina ja maustamisaineina elintarvikkeissa, täydentämään niukkaproteiinista ruokavaliota tai rehutäydenteinä, jos tuote ei sovellu elintarvikekäyttöön. Hydrolysaatteja valmistettaessa käytettävät proteaasit ja olosuhteet valitaan huolella, jotta vältettäisiin karvaiden proteiinien pilkkoutumistuotteiden syntyminen valmisteeseen.

Kaisu Honkapää
tutkija
VTT
kaisu.honkapaa(at)vtt.fi

Raija Lantto
erikoistutkija
VTT
raija.lantto(at)vtt.fi

Artikkeli perustuu pääosin VTT:n tutkijoiden yhdessä Helsingin yliopiston lihateknologian professori Eero Puolanteen kanssa kirjoittamaan artikkeliin Enzymes in meat processing (kirjoittajat Lantto, Raija; Kruus, Kristiina; Puolanne, Eero; Honkapää, Kaisu; Roininen, Katariina ja Buchert, Johanna), joka on julkaistu teoksessa Enzymes in Food Technology. 2nd ed. Whitehurst, Robert J. & van Oort, Maarten (eds). Wiley-Blackwell. Chichester, West Sussex, UK (2010), 264 – 291.

***************************

Kommentti:
Biotekniikka tuonut uuden ulottuvuuden entsyymien tuottoon

Entsyymit eli biokatalyytit ovat proteiineja – elävän luonnon keskeisiä molekyylejä. Ne mahdollistavat kemialliset reaktiot kaikissa soluissa olipa kyse meistä itsestämme, eläimistä, kasveista tai mikrobeista. Ilman entsyymejä ei olisi elämää.

Kemiallisiin katalyytteihin verrattuna entsyymit ovat huomattavasti tehokkaampia, spesifisempiä ja ekologisempia. Toisin kuin kemialliset katalyytit, joiden teho edellyttää korkeita lämpötiloja ja äärimmäisiä pH-arvoja, entsyymien toiminta on parhaimmillaan miedoissa olosuhteissa.

Entsyymejä tunnetaan kymmeniä tuhansia ja koko ajan löydetään uusia. Lienee selvää, että niiden sovelluspotentiaalikin on valtava. Miksi emme olisi valjastaneet entsyymejä omaan käyttöömme, tehostamaan ruuan valmistusprosesseja ja parantamaan sen laatua, kirkastamaan viiniä, tai vaikkapa valkaisemaan hampaitamme tai farkkuja puhumattakaan entsyymien käytöstä tulevaisuudessa erilaisten kemikaalien, biopolttoaineiden tai -muovien valmistuksessa?

Entsyymejä kuten muitakaan proteiineja ei kyetä valmistamaan synteettisesti, vaan ne on aina tuotettava elävässä solussa. Tästä syystä entsyymien teollista käyttöä onkin rajoittanut saatavuus ja korkea hinta.

Vaikka valtaosa elintarviketeollisuuden käyttämistä entsyymeistä edelleen tuotetaan niissä organismeissa, kasveissa, eläimissä tai mikrobeissa kuin missä ne luonnostaan syntetisoituvat, biotekniikka on tuonut entsyymituotantoon uuden ulottuvuuden. Se mahdollistaa entsyymien tehokkaan tuottamisen mikrobisoluissa, jotka on muokattu maksimaaliseen proteiinin tuottoon soveltuviksi solutehtaiksi.

Geenitekniikan ja molekyylibiologian keinoin tuottajamikrobin DNA:han pystytään liittämään haluttua entsyymiä koodaava geeni, joka voi olla peräisin mistä eliölajista tahansa. Tuottajamikrobin oma DNA on räätälöity proteiinin tuottoon joko mikrobin sisälle tai siitä ulos. Maailman johtavat entsyymituottajat käyttävät näitä mikrobisolutehtaita entsyymiensä valmistuksessa.

Luonnon monimuotoisuutta hyödyntävä metagenomiikka tarjoaa nykypäivänä uusia tehokkaita menetelmiä entsyymien kehitystyöhön. Metagenomiikassa entsyymejä koodaavat geenit eristetään mikrobipopulaation yhteistä geenipankista eikä eläviä organismeja tarvita. Näin voidaan päästä käsiksi entsyymeihin, joiden isäntäsoluja on esimerkiksi vaikeaa tai mahdotonta pitää hengissä luonnollisesta elinympäristöstään eristettynä.

Raija Lantto

Muut teemajutut samasta lehdestä :