렌넷(rennet)_우유 응고 효소, 응유 효소

치즈 생산과 카제인 단백질 을 주제로 응유효소 렌넷(rennet)에 대해 알아보도록 한다.

 

카파카제인과 응유효소의 작용

렌넷(rennet)_우유 응고 효소, 응유 효소

 k-casein(카파 카제인) 분자는 카제인 micelle(미셸) 외부에 친수성 말단 단백질 중합체가 구성되게 하여 입체 안정화를 제공한다. 보통 카제인 단백질은 소수성을 띄고 있어 우유 속에서 분리된 상태로 존재하게 된다. 하지만 카파 카제인이 형성하는 카제인 미셸 외부에 친수성 말단을 형성을 통해 수용성 용매인 우유 속에서 균일하게 입자기 용해되어 있는 콜로이드 상태로 존재할 수 있다.

 한편 치즈를 제조하는 공정 중 응고, 즉 젤 형성은 친수성 말단을 제공하는 카파 카제인의 분해에 의해 시작된다. 카파 카제인의 친수성이 아닌 말단은 para-k-casein (파라 카파 카제인)으로 불리며 카제인 미셸에 결합된 체로 카파 카제인 분해 이후에 존재하게 된다. 이러한 카파 카제인의 친수성 말단의 감소로 카제인 미셸은 전위가 저하되고 안정성을 잃어 서로 응집하고 이는 젤화, 즉 응고를 일으킨다.

 

렌넷은 카파카제인 말단을 분해하여 응고를 야기한다.

 카파 카제인의 분해를 시작할 수 있는 단백질 분해효소는 아스파르트 단백질 분해제 효소 코드(EC 3.4.23)이다. 이 효소를 비롯하여 카이 모신(Chymosin)과 같은 여러 효소들은 렌넷(Rennet)으로 불리며 송아지의 위에서 많이 발견된다. 성체의 소에서도 발견되기도 하며 펩신의 함량이 송아지에서 얻은 것보다 높다. 렌넷은 자연상 에서 우유를 응고하는 반응에 사용되었으며 송아지가 우유를 섭취할 때 응고를 야기해 소화를 보다 용이하게 만든다. 이러한 특징으로 인간은 송아지의 위에서부터 렌넷을 얻어 치즈를 만들었다. 그러나 송아지로부터 얻는 렌넷의 양이 증가하는 치즈 수요를 감당하기엔 비용과 생산성의 문제로 렌넷의 균체 생산이 연구되었으며, 1960년대에 개발되었다.

 

렌넷의 균체생산, 렌넷의 산업화

 

 처음 개발된 것은 Rhizomucor michei, Rhizomucor pusillus, Cryphonectria parasitica 균을 이용하여 아스파르트 단백질을 생산하였으며 비록 카파 카제인 친수성 분리에 가장 핵심적인 카이 모신(Chymosin) 보다 여타 단백질 가수분해 정도가 높았지만, 렌넷을 대안할 제품으로서는 성공적으로 시장에 출시되었다. 이후 1980년대 들어서 카이 모신(Chymosin) 생산을 위해 플라스미드를 이용한 DNA 재조합 기술을 사용하였다. 생산 균주로는 E.coli, Aspergillus niger, Kluveromyces lactics 가 이용되었고, 카이 모신(Chymosin) 생산 DNA를 플라스미드에 이식하여 균주에 주입하여 성공적으로 생산하였다. 렌넷 더욱 정확히는 카이 모신(Chymosin) 사용하여 우유 응고에 의한 치즈 생성에 미치는 영향 중에는 카파 카제인의 변이체가 있다.

 

카제인 단백질의 종류

 

 카파 카제인은 우유 속에서 총 6가지 변이체로 존재하며 종류로는 AA, AB, BB, AC, BC, AE 가 있다. 카파 카제인 변이체 중 AB, BB, BC를 보유하는 카제인 미셸은 직경이 200nm으로 형성되어 있다. 반면 AA, AC, AE 변이체를 포함하는 카제인 미셸은 200nm 보다 크기가 크다. 이때 BB 변이체 카파 카제인을 포함한 우유는 다른 변이체 보다 더욱 빠르고 튼튼한 응고 능력으로 치즈 제조에 산업적으로 탁월함이 확인되었다. 한 논문에 따르면 카파 카제인의 BB 변이체를 가지고 있는 우유는 카파 카제인의 AA 변이체를 가지고 있는 우유보다 응고 시간이 10% 에서 40% 까지도 단축시키며, 응고의 단단함 정도는 20% 에서 많게는 무려 140% 까지도 향상되었다. 변종 BB 카파 카제인이 이런 우수한 특성을 응용하여 렌넷에 의한 우유 응고 속도와 경도 개선은 고농도의 카파 카제인에 의한 것으로 표면에 보다 많은 카파 카제인을 가지고 있을 수 있는, 즉 표면적이 큰 미셸이 될 가능성이 있으며 이는 곧 작은 크기의 카제인 미셸을 의미한다. 따라서 카파 카제인 과 이외의 카제인의 비율 중 카파 카제인의 비율이 높을수록 칼슘에 의한 단백질 가교 결합 형성이 더욱 용이하며 그 결과 렌넷 즉 카이 모신(Chymosin)에 의한 우유 응고 반응이 더욱 빠르고 단단하게 이루어질 수 있다. 또한 카파 카제인 BB 변이체를 포함한 우유로 제조한 치즈에서는 AA 변이체 카파 카제인을 다량 함유한 우유에 비해 지방 회수량이 높고 생산성 즉 수율이 더욱 높은 것으로 알려져 있다. 이 단백질의 형태는 미셸 사이즈에 관한 장점이 있기 때문에 카파 카제인 BB 변이체를 포함한 우유를 생산하는 소는 치즈 제조 산업에 있어 생산량이나 품질에 영향을 미치기 때문에 경제적 관점에서 매우 중요하게 판단되고 있다.