Take home message: enzymen veranderen verschillend bij verhitting. Grafisch kan men inzichtelijk maken, dat voor elk enzym een eigen tijd x temperatuur relatie bestaat. Hierdoor is duidelijk, welke enzymen meer en minder gevoelig zijn voor verhitting.

Denaturatie en werkzaamheid

Er zijn vele enzymen in melk aanwezig. Blanc (1982) heeft het over 60 verschillende enzymen. Verschillende enzymen worden in de zuiveltechnologie gebruikt als een indicatie voor technologische procesverandering, als hitte en druk. Enzymen kunnen van nut zijn voor de baby’s, als zij de vertering ondersteunen en een bijdrage leveren aan de afweer tegen ongewenste bacteriën. Lipase in melk is net als lipase dat door de alvleesklier wordt geproduceerd, verantwoordelijk voor het splitsen van de triglyceriden in de dunne darm. Melkvet bestaat voor het grootste deel uit triglyceriden, opgebouwd uit glycerol, waaraan de vetzuren (3 stuks) zijn gekoppeld. Lipase splitst de vetzuren af van de glycerol, waardoor de vetzuren voor verdere vertering beschikbaar komen. Lipase uit de melk zelf zorgt voor ranzigheid en door pasteurisatie van melk wordt de melklipase geïnactiveerd en onwerkzaam gemaakt. Concentraties van enzymen kunnen sterk verschillen tussen koemelk en humane melk. Zo is de concentratie van Lactoperoxydase (LO) ca 100x hoger in koemelk, dat van Xanthinoxidase (XO) 10x in vergelijking met humane melk. Lipase en Catalase daarentegen zijn een factor 10 lager in koemelk. LO tesamen met het Lysozyme leveren een bijdrage in de anti-bacteriële activiteit van rauwe melk, met andere woorden er is een remming van bacterie-ontwikkeling als E.coli en Staph.aureus. Wanneer het speeksel van een baby met XO in contact komt, dan wordt waterstofperoxide (H₂O₂) gevormd, dat op haar beurt de groei van pathogene bacteriën als Staph.aureus en Salmonella weet te onderdrukken (Ozturk et al., 2019). De genoemde enzymen zijn dus verbonden met het beteugelen van ongewenste groei van pathogene, dan wel zoonotische bacteriën. Teneinde van dit mechanisme te kunnen profiteren, is het van belang dat de enzymen nog steeds werkzaam zijn. Ozturk et al. (2019) geven aan, dat alleen bij UHT-melk het enzym XO zodanig onwerkzaam is, dat Staph.aureus na enting in de UHT-melk uitgroeit tot meer dan 10 miljoen kolonies. Er is sprake van 95% denaturatie van XO. In rauwe melk en gepasteuriseerde melk groeit geen Staph.aureus, aangezien het enzymsysteem nog intact is.

Verhitting

Enzymen zijn verschillend als het om hun denaturatie gaat. Door verhitting verandert de structuur van het molecuul, waardoor het enzym zijn werking verliest. Sommige worden al bij lage temperaturen geïnactiveerd, andere pas bij hogere temperaturen. Het gaat echter altijd om de combinatie van tijd en temperatuur. In figuur 1 is op basis van de verhittingstemperatuur (horizontaal) en de inwerkingstijd (verticaal semi-logaritmisch) weergegeven wanneer de verschillende enzymen inactief worden. In rood is het Alkaline Fosfatase (ALP) weergegeven. ALP is het enzym dat gebruikt wordt om aan te tonen dat melk al dan niet gepasteuriseerd is. De twee punten aan het einde van de lijn geven twee verschillende vormen van pasteurisatie aan: de stand- of batchpasteurisatie betreft de verhitting bij 62-63^oC gedurende 30 minuten, de HTST (High Temperature Short Time) is op basis van een doorloop-pasteur, waar de melk gedurende 15 seconden op 72^oC wordt gehouden.

De keuze voor deze combinaties van pasteurisatietemperatuur x tijd komt voort uit het doden van enkele ongewenste bacteriën, die in het begin van de 20^e eeuw nog geregeld in rauwe melk te vinden waren, te weten Tuberculose en Brucellose. Ook voor de Tuberkelbacterie geldt, dat deze bij een bepaalde combinatie van tijd x temperatuur gedood wordt. De lijn hiervoor ligt iets links van de ALP-lijn (niet weergegeven). Dit betekent, dat melk die op een of andere manier gepasteuriseerd is, in elk geval geen levende TB-bacteriën meer met zich mee voert. Alles wat links van de ALP-lijn ligt in het witte deel, wordt door pasteurisatie tegelijkertijd ook onwerkzaam gemaakt, zoals het enzym lipase. Enzymen die rechts van de ALP-lijn liggen in het gearceerde gebied zijn nog niet of nog niet volledig onwerkzaam gemaakt. Daarvoor moet men de melk langer pasteuriseren, dan wel moet men hogere temperaturen gebruiken.

In zuidelijke Europese landen wordt veelvuldig en soms uitsluitend UHT-melk gedronken. Deze melk wordt zeer kort verhit op een temperatuur van 135-150^oC (enkele seconden). Daarmee worden niet alleen de bacteriën gedood, maar ook kunnen verschillende bacteriesporen zich niet meer ontwikkelen. In dit traject van verhitting zijn ook vrijwel alle enzymen uit het gearceerde gebied grotendeels onwerkzaam geworden. In een volgend artikel wordt ingegaan op onderzoek naar reële vormen van verhitting, namelijk HTST en UHT en de gevolgen voor enzymen, bacteriële groei en eiwitverandering.

Dit artikel is gebaseerd op B.Blanc (1982). Les protéines du lait à activité enzymatique et hormonale. Le Lait (1982), 62, 350-395