Take home message: Enzyme verändern sich beim Erhitzen unterschiedlich. Grafisch kann gezeigt werden, dass jedes Enzym seine eigene Änderung zeigt, die abhängig von Zeit und Temperatur ist. Dies erklärt, welche Enzyme mehr und weniger hitzeempfindlich sind.

Denaturierung und Wirksamkeit

In Milch sind viele Enzyme enthalten. Blanc (1982) erwähnt 60 verschiedene Enzyme. Im Molkereiverfahren werden verschiedene Enzyme als Hinweis auf technologische Prozessänderungen wie Wärme und Druck verwendet. Enzyme können von Vorteil sein, wenn sie die Verdauung unterstützen und zur Abwehr unerwünschter Bakterien beitragen. Milch-Lipase ist wie Lipase, die von der Bauchspeicheldrüse produziert wird, für die Spaltung der Triglyceride im Dünndarm verantwortlich. Milchfett besteht zum größten Teil aus Triglyceriden, die aus Glycerin bestehen und an die die Fettsäuren (3 Stück) gebunden sind. Lipase baut die Fettsäuren aus dem Glycerin ab und stellt sie für die weitere Verdauung zur Verfügung. Pasteurisierung inaktiviert die Milchlipase, denn diese lässt Kuhmilch mit der Zeit ranzig werden. Die Enzymkonzentrationen können zwischen Kuhmilch und Muttermilch sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise ist die Konzentration von Lactoperoxidase (LO) in Kuhmilch etwa 100-mal höher, die von Xanthinoxidase (XO) im Vergleich zu Muttermilch 10-mal höher. Lipase und Katalase hingegen sind in Kuhmilch um den Faktor 10 niedriger. LO zusammen mit dem Lysozym tragen zur antibakteriellen Aktivität von Rohmilch bei, mit anderen Worten, es gibt eine Hemmung der Bakterienentwicklung, wie E. coli und Staph.aureus. Wenn der Speichel eines Babys mit XO in Kontakt kommt, entsteht Wasserstoffperoxid (H2O2), das wiederum das Wachstum pathogener Bakterien wie Staph.aureus und Salmonellen unterdrückt (Ozturk et al., 2019). Die genannten Enzyme sind somit für die Eindämmung des unerwünschten Wachstums von pathogenen oder zoonotischen Bakterien in Verbindung zu bringen. Aber um diesen Mechanismus nutzen zu können, ist es wichtig, dass die Enzyme noch aktiv sind. Ozturk et al. (2019) weisen darauf hin, dass das Enzym XO in UHT-Milch völlig unwirksam ist. Die Inokulation von Staph.aureus in UHT-Milch führt zu einem rasanten Anstieg bis mehr als 10 Millionen Kolonien pro ml. Es gibt eine 95% ige Denaturierung von XO. Staph.aureus wächst nicht in Rohmilch und pasteurisierter Milch, da das Enzymsystem noch intakt ist.

Erhitzung

Enzyme unterscheiden sich in ihrem Denaturierungsgrad. Durch Erhitzen wird die Struktur des Moleküls verändert, wodurch das Enzym seine Wirkung verliert. Einige sind bereits bei niedrigen Temperaturen inaktiviert, andere nur bei höheren Temperaturen. Dabei hängt der Grad der Denaturierung immer von der Kombination aus Zeit und Temperatur ab. Abbildung 1 zeigt anhand der Erwärmungstemperatur (horizontal) und der Dauer (vertikal halblogarithmisch), wann die verschiedenen Enzyme inaktiviert sind. Die alkalische Phosphatase (ALP) ist rot dargestellt. ALP ist das Enzym, an dem gezeigt wird, ob eine Rohmilch tatsächlich pasteurisiert ist oder nicht. Die beiden Punkte am Ende der Linie zeigen zwei verschiedene Formen der Pasteurisierung an: Bei der Pasteurisierung im Fass oder in der Flasche wird 30 Minuten lang auf 62-63 ° C erhitzt. Die HTST (High Temperature Short Time) basiert auf einem Durchlaufpasteur, in dem die Milch 15 Sekunden lang bei 72 °C gehalten wird und dann wieder gekühlt wird.

Das Ziel dieser Kombination aus Pasteurisierungstemperatur x Zeit ist die Abtötung einiger unerwünschter Bakterien, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts noch regelmäßig in Rohmilch gefunden wurden, nämlich das Tuberkel- und Brucella-Bakterium. Auch das Tuberkelbakterium wird bei einer bestimmten Kombination von Zeit x Temperatur abgetötet. Die Linie hierfür befindet sich etwas links von der ALP-Linie (nicht gezeigt). Dies bedeutet, dass Milch, die auf irgendeine Weise pasteurisiert wurde, auf keinen Fall mehr lebende TB-Bakterien mit sich trägt. Alles links von der ALP-Linie im weißen Teil wird gleichzeitig durch Pasteurisierung inaktiv gemacht, so wie das Enzym Lipase. Enzyme, die rechts von der ALP-Linie im schattierten Bereich liegen, wurden noch nicht oder nicht vollständig deaktiviert. Dazu muss man die Milch länger pasteurisieren oder höhere Temperaturen verwenden.

In südeuropäischen Ländern wird UHT-Milch häufig und manchmal ausschließlich konsumiert. Diese Milch wird sehr kurz auf eine Temperatur von 135-150 ° C (einige Sekunden) erhitzt. Dies tötet nicht nur die Bakterien ab, sondern verhindert auch die Entwicklung verschiedener Bakteriensporen. In diesem Erhitzungsbereich sind auch fast alle Enzyme aus dem schattierten Bereich weitgehend unwirksam geworden. In einem nachfolgenden Artikel werden die gängigen Formen der Erwärmung, nämlich HTST und UHT, sowie die Folgen für Enzyme, Bakterienwachstum und Proteinveränderungen dargestellt.

Literatur

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