Este bine cunoscut faptul că randamentul și calitatea brânzei sunt afectate de genetica animală, calitatea laptelui (chimice, fizice și microbiologice), tehnologia de producție și tipul de cheag și culturi utilizate în producţie. Diferențele majore sunt cauzate între produsele din același tip de brânză de cheag şi culturi care afectează procesul de maturare, de exemplu. Progresele tehnologice actuale în genetica animală, metodele pentru izolarea și producerea de culturi de cheag și lactate, împreună cu posibilele aplicații ale microîncapsulării în cheag și lactate producția de cultură, precum și provocarea pe care o reprezintă tehnologiile lactate actuale de conservare a biodiversităţii, pot însemna un pas inovator spre o producție bazată pe sustenabilitate, așa cum reiese din studiul ”Challenging Sustainable and Innovative Technologies in Cheese Production: A Review”-Fabijan Ostarc, Neven Antunac, Vlatka Cubric-Curik, Ino Curik, Slaven Juri , Snježana Kazazi, Marta Kis, Marko Vincekovi, Nevijo Zdolec, Jasminka Spoljari și Natasa Mikulec-Zagreb University. Mai mult, pe baza literaturii științifice revizuite, se poate concluziona că inovatoarele abordări și tehnici descrise pot îmbunătăți semnificativ producția de brânzeturi.

Calitatea brânzei și genotipul bovinelor

Producția de brânzeturi este un proces care datează de câteva mii de ani, iar brânza, care se găsește în fiecare parte a lumii, și-a găsit locul în top-ul produselor alimentare datorită valorii sale nutritive și a diversității bogate. Cea mai timpurie indicație a unei producții de brânzeturi o găsim în picturile rupestre în jurul anului 5000 î.Hr..

Atunci s-a făcut posibilă conversia intenționată de lapte în brânză, făcând-o mai sigură și mai durabilă. De la începuturi, tehnologia de producere a brânzei s-a schimbat, datorită progreselor științifice în materialele și procesul de producție. În prezent, producția de brânzeturi este la un nivel foarte înalt, datorită materialelor moderne și tehnologiei încorporate.

Calitatea brânzei este afectată de caracteristicile genotipice și fenotipice ale animalelor, proprietățile chimice și microbiologice ale laptelui și tehnologia de producție. Un factor important în diversitatea laptelui din aceeași rasă provine din culturile de lapte și tipul de cheag folosit în producția de brânzeturi, deoarece afectează procesele chimice în timpul producţiei şi maturării.

În prezent, calitatea brânzei este încă afectată de aceiași factori, dar, din cauza globalizării și a progreselor industriale, originalitatea și diferențele în anumite regiuni au fost pierdute. Producția de brânzeturi la scară largă se bazează în principal pe utilizarea laptelui pasteurizat iar producatorii de brânzeturi sunt furnizați de câțiva producători din întreaga lume de culturi de lactate și cheag.

Un proces complex

Când luăm în considerare același tip de producție de brânză maturată, aceasta înseamnă că diferențele dintre producători se bazează exclusiv pe calitatea laptelui și pe selecția culturii de cheag și lactate. Caracteristicile laptelui care afectează calitatea brânzei sunt reglementate de genetica animală, care creează posibilitatea utilizării geneticii cantitative pentru conservarea biodiversităţii şi trăsături indigene.

Laptele crud și brânzeturile din lapte crud, nepasteurizat prezintă surse bogate de microbi benefici, cum ar fi bacteriile lactice (LAB) cu proprietăți probiotice. Izolarea culturilor LAB indigene și utilizarea lor în producția de brânză poate duce la conservarea biodiversităţii şi o mai bună diversificare între producătorii de brânză la nivel global și regional.

Microîncapsularea este văzută ca o abordare nouă pentru conservarea biodiversității și la furnizarea de ingrediente importante în brânză, deși trebuie avut în vedere faptul că încapsularea cu succes a sarcinii utile relevante pentru producția de brânzeturi, cum ar fi microorganismele, enzime, peptide, compuși aromatici, agenți chimici (Ca2+) și chiar uleiuri esențiale, poate fi extrem de provocatoare.

În plus, combinații de mai mult de un ingredient activ poate face procesul de încapsulare și mai complex. Având în vedere că au fost întreprinse puține cercetări pe această temă, s-a investigat progresul actual în caracterizarea ADN-ului și utilizarea geneticii cantitative pentru îmbunătățirea trăsăturilor dorite la animalele de lapte, producția de cheag și analiza, izolarea și producția de bacterii lactice și posibilele aplicații ale microîncapsulării în dezvoltarea de tehnologii noi, inovatoare și durabile în producția de brânzeturi, cu accent pe formele indigene și pe conservarea biodiversității.

Impactul geneticii asupra calității laptelui

Producerea brânzei este un proces complex, de a cărui calitate și unicitate depind de o varietate de factori. Compoziția și caracteristicile laptelui crud, care sunt în mare parte determinate de genetica animalelor implicate în producerea acestuia, sunt cu siguranță printre factorii importanți care contribuie la unicitatea brânzei ca produs final.

Prin urmare, genetica unui individ sau a unei anumite populații (rase), este una dintre cele mai cruciale elemente pentru producția de succes a produselor lactate indigene, care sunt adesea asociat comercial cu Denumirea de Origine Protejată (DOP).

În același timp, influența geneticii animale asupra calității și caracterului distinctiv al brânzei se coroborează cu conceptul de creștere durabilă a animalelor și protecția diversității fermei animale și produse lactate.

Moștenirea poligenică

S-a recunoscut foarte devreme că secreția de lapte este influențată de ereditate. Mai tarziu, s-a definit clar că se măsoară compoziția și caracteristicile laptelui crud la scară continuă și, la fel ca majoritatea trăsăturilor de producție animală relevantă, din punct de vedere economic (fenotipuri), sunt moștenite ca trăsături genetice cantitative sau complexe.

Pentru o lungă perioadă de timp, moștenirea trăsăturilor cantitative a fost cu succes modelat de un model infinitezimal, în care un număr infinit de loci, fiecare cu un efect infinitezimal (componenta poligenică), iar influenţa mediului sunt responsabil pentru variațiile măsurate (fenotipice).

Prin urmare, în multe cazuri, moștenirea cantității și compoziției laptelui crud a fost cuantificată prin parametri precum ca ereditabilitate, mai precis ereditabilitatea în sens restrâns (h2), adică proporția de variația fenotipică explicată prin efectele genelor aditive.

Laptele, randamentul de grăsime din lapte și, mai târziu, de proteine și lactoză, au avut cea mai lungă tradiție de măsurare și au fost recunoscute drept cei mai importanți factori în producția de lapte timp de un secol. Prin urmare, nu este surprinzător că moștenirea cantitativă a acestor trăsături este printre cel mai bine studiate, în timp ce a un număr mare de studii oferă estimări ale eredității și corelațiilor genetice.

Este important de subliniat că trăsăturile tradiționale ale producției de lapte (producția de lapte, grăsime randamentul și randamentul proteic), au fost încorporate cu succes în programele de ameliorare deoarece îndeplinesc caracteristicile dezirabile ale programelor de selecţie. Conform Shook, programele de reproducere de succes se bazează pe trăsăturile preferate care ar trebui să îndeplinească următoarele criterii de selecție:

(1) trebuie să aibă o variabilitate genetică și o ereditabilitate relativ ridicată;

(2) trebuie să aibă valoare economică care să mărească rentabilitatea producției;

(3) trebuie să fie corelate pozitiv cu alte trăsături utilizate în programul de ameliorare, și, în sfârșit,

(4) trebuie să fie clar definite și măsurabile la costuri reduse.

Analize ale genomului și selecția genomică

Evoluțiile recente în genetica moleculară au permis genotiparea unui mare număr de markeri distribuiți în genom, ceea ce a îmbunătățit considerabil înțelegerea de variație a trăsăturilor complexe.

Astfel, pe baza unor noi dovezi din Studiile de asociere la nivelul genomului (GWA), s-a revizuit conceptul infinitezimal de moștenire la un model de moștenire mixt, în care este cauzată variabilitatea trăsăturilor complexe printr-o componentă poligenică (multe gene cu efecte mici), precum și existența setului de gene candidate cu efecte medii, spre mari, care rareori explică mai mult de 5% din variația fenotipică la om.

La populațiile umane, genele cu efecte moderate spre mari apar la frecvențe joase ca mutații rare sau private, în timp ce apariția mutațiilor cu efecte mari la frecvențe moderate sau înalte au fost documentate mai mult la populațiile de animale. Această diferență este considerată a fi rezultatul selecției artificiale, presiunea și obiectivele specifice de reproducere.

În general, invenția conceptului de selecție genomică și disponibilitatea de date de genotipizare cu randament ridicat la costuri reduse, au revoluționat creșterea animalelor în ultimele două decenii. Ca rezultat, numeroase studii GWA au fost efectuate asupra laptelui producția și trăsăturile tehnologice la populațiile de bovine, ovine și caprine, indicând un număr de gene cauzale influente (mutații) și/sau asociate statistic cu markerele.

În timp ce unele dintre aceste analize au confirmat rezultatele studiilor, s-a reușit, de asemenea, să se identifice genele care au iluminat biologic înțelegerea laptelui ca materie primă pentru o bună producție de brânză. În general, selecția genomică accelerează semnificativ câștigul genetic anual prin scurtarea intervalului generaţional, permiţând realizarea mai eficientă şi mai rapidă a obiectivelor de reproducere.

Nomenclatura și funcția cheagului

Peptidazele sunt un grup mare și important de enzime, dintre care multe au fost aplicate în procese tehnologice care implică alimente, băuturi, furaje, medicamente, detergenți, producția de produse chimice, prelucrarea pielii, hârtiei și textilelor.

Coagularea activă a laptelui cu enzimele care au succes în fabricarea brânzeturilor ,sunt proteinazele aspartice (EC 3.4.23), care sunt denumite astfel deoarece resturile aspartice (Asp) sunt liganzi ai moleculei de apă în situsurile lor active, care mediază atacurile nucleofile asupra scisilei legături peptidice.

În marea majoritate a peptidazelor aspartice cunoscute, două resturi Asp acționează împreună pentru a lega și activa moleculele catalitice de apă, dar în unele, reziduurile altor aminoacizi îl înlocuiesc pe al doilea Asp. O caracteristică notabilă a peptidazelor aspartice este că toate enzimele descrise până acum sunt endopeptidaze. Endopeptidazele scindează peptida se leagă în părțile interioare ale lanțurilor lor polipeptidice, departe de capătul N- și C-terminal.

Peptidazele se disting prin grupa funcțională din situsul lor activ:

(A) pt aspartat,

(C) pentru cisteină,

(G) pentru glutamic,

(M) pentru metalo,

(P) pentru mixt,

(S) pentru serină,

(T) pentru treonină,

(N) pentru asparagin liaza și

(U) pentru peptidazele încă neclasificate ale tip catalitic necunoscut.

Pe baza asemănărilor semnificative din punct de vedere statistic în primară structuri, peptidazele sunt clasificate în familii (aproximativ 268), care sunt identificate printr-o literă reprezentând tipul lor catalitic. În plus, unele familii pot conține subfamilii.

Subfamilii

Unele familii sunt împărțite în subfamilii, pe baza dovezilor divergenței străvechi în interiorul familiei (de exemplu, S1A, S1B). Familiile sunt apoi grupate în aproximativ 62 de clanuri conform asemănării în structurile lor 3D. Unele clanuri sunt împărțite în subclanuri pe baza dovezilor a divergentelor antice din cadrul clanului.

Numele clanului este format din două litere. Prima literă reprezintă tipul catalitic iar a doua literă este atribuită secvenţial ca fiecare clan sa fie identificat. Această metodă de clasificare este utilizată în baza de date MEROPS pentru peptidaze și proteinele care le inhibă.

Pe lângă această clasificare, în funcție de grupul funcțional din situsul activ al peptidazei, peptidazele sunt clasificate suplimentar în funcție de specificitatea anumitor aminoacizi (specificitatea secvenței), care formează legături peptidice sensibile. De exemplu, aspartat endopeptidazele, din familia pepsinei, hidrolizează legăturile peptidice cu mari aminoacizi hidrofobi în P1 sau P10.

Peptidazele aspartice sunt atribuite clanurilor AA, AC, AD, AE și AF. Acestea sunt un grup de peptidaze din familia pepsinei (A1), cu același mecanism catalitic și de obicei funcționează în soluții acide, motiv pentru care sunt numite peptidaze acide.

Aspartic peptidazele au o istorie lungă și se găsesc în animale, ciuperci, plante, protozoare, bacterii, și viruși. Caracteristica de acțiune în medii acide specifice limitează funcțiile acestora în organisme vii și sunt mai puțin abundente decât alte grupuri de peptidaze, dar din cauza marea sa importanță fiziologică și comercială, această clasă de peptidaze este unică.

Majoritatea proteazelor aspartice prezintă activitate maximă la pH scăzut (pH 3 până la 4) și au izoelectrice puncte în intervalul de pH 3,0 până la 4,5. Masele lor moleculare sunt între 30 și 45 kDa. Conform clasificării sale în băncile de date MEROPS, chimozina (EC 3.4.23.4) este un membru al clanului AA, familia (pepsină) A1, subfamilia A1A peptidaza din clasa a treia de hidrolaze.

Deschamps a efectuat prima izolare a acestei enzime în 1840 și a sugerat denumirea de chymosină (Gr. chyme, suc gastric). În 1890, Lea şi Dickinson au sugerat numele de rennin (derivat din cheag), dar, din cauza confuziei cu enzima proteolitică aferentă, renina, din rinichi, în 1970, Foltman a sugerat Procese 2022, o revenire la prenumele chymosin, care a fost acceptat de Uniunea Internațională a Biochimiei și Biologiei Moleculare (IUBMB).

În 1872, Olof Hammarsten a arătat acel cheag (chimozina) a fost sintetizată și stocată într-o formă inactivă și activată de contactul cu acidul din stomac. Acesta a fost primul studiu aprofundat asupra efectelor cheagului asupra cazeinei.

Pepsina

Conform băncilor de date MEROPS, pepsina A este membru al clanului AA, familie (pepsină) A1, subfamilia A1A peptidază din clasa a treia de hidrolaze [127,132]. Pepsină A (EC 3.4.23.1), cunoscută pur și simplu sub numele de pepsină, a fost descoperită și recunoscută, în al XVIII-lea secol, ca prima enzimă care începe digestia proteinelor alimentare în stomac.

Pepsina a fost numită inițial de Schwann în 1825. Pepsina este peptidaza gastrică predominantă în fundul mamiferelor adulte și este excepțional de stabilă și activă în condiții acide. Ea este o endopeptidază caracterizată prin activitate specifică mai mică, generală ridicată activitate proteolitică și o dependență ridicată de pH.

Pepsina B (EC 3.4.23.2) este o proteinază minoră găsit în stomacurile porcine. Peptidazele aspartice ale plantelor sunt membri ai clanurilor AA și AD. În clanul AA, sunt distribuite între familiile A1, A3, A11 și A12. Majoritatea plantelor aspartice peptidazele, împreună cu enzimele asemănătoare pepsinei, aparțin familiei A1 [133].

Cheagurile

Cheagul (un amestec de chimozină și pepsină) este produs în al patrulea stomac (abomasum) a rumegătoarelor care alăptează (viței, miei, iezi/caprini etc.). Chimozina este peptidaza neonatală care are o captare postnatală a imunoglobulinelor și poate fi găsită în fetuși încă din luna a șasea de gestație, cu cea mai mare creștere între a noua lună și a treia sau a patra zi postpartum.

Motivul secreției a chimozinei în stomacul rumegătoarelor nou-născute este coagularea laptelui pentru a crește valoarea nutritivă în timpul reținerii în intestin, permițând animalelor tinere să se utilizeze mai mulți nutrienți.

Ambele peptidaze (chimozina și pepsina) sunt secretate în forma lor inactivă ca zimogeni (prochimozină și pepsinogen), în canal cu o legătură directă la lumenul stomacului și sunt activate de pH-ul scăzut din abomas chimozina și pepsina prin îndepărtarea pro-segmentului N-terminal. Segmentul pro este responsabil de stabilitatea formelor inactive ale zimogenilor și previne legarea de substratul în locul activ.

Chimozina este o polipeptidă construită din 323 de aminoacizi, cu o greutate moleculară de 35,6 kDa. În general, chimozina are un nivel proteolitic scăzut activitate dar activitate mare de coagulare a laptelui.

Chimozina de vițel are o specificitate îngustă de substrat și scindează legătura specifică cu un singur peptid din -cazeină între Phe 105 și Met 106, transformându-l într-o formă insolubilă de cheag cu para-cazeină de calciu. În conformitate la Harboe et al., s-a descoperit că chimozina are activitate ridicată împotriva laptelui speciei proprii.

Chimozina de vițel se găsește în trei forme alelice: A, B și C. Chimozina B este cel mai abundent cheag. Principala diferență dintre variantele A și B este acea variantă A care are un acid aspartic (Asp) în poziția 244 și varianta B are o glicină (Gly) în același poziţie.

Varianta A are cu 50% mai multă activitate proteolitică decât forma B. Varianta C este distinct genetic și este un produs al unei alele diferite. Datorită utilizării sale în industrie, chimozina de vițel este bine investigată și caracterizată la nivel enzimatic și molecular.

Ca o concluzie, putem spune că, alături de genetica animală, și utilizarea diferitelor cheaguri contribuie la originalitatea brânzeturilor maturate obținute în urma procesării laptelui.