Le site principal pour la réaction de coagulation est la liaison Phe105-Met106 de la caséine ĸ. D’une manière générale, les principales protéases utilisées pour la coagulation du lait hydrolysent la même liaison peptidique, Phe105-Met106, à l’exception de la protéase de Cryphonecteria parasitica qui hydrolyse la liaison Ser104-Phe105 (LUCEY, 2002). Toutefois, l’attaque d’autres sites dans la caséine ĸ, la caséine αs et β se produit et elle est généralement indésirable. Cette action est souvent qualifiée d’action protéolytique générale ou nonspécifique.
Les protéases acides utilisées en fromagerie bien qu’elles présentent généralement une grande spécificité dans leur action, exercent une activité protéolytique non spécifique.
Cependant, l‘extension de la protéolyse diffère d’une enzyme à une autre. La chymosine est la protéase qui donne le minimum de protéolyse, L’attaque de la caséine β et de la caséine αs1 par la chymosine est plus lent que l’attaque spécifique de la caséine ĸ par un facteur d’environ 100 (DALGLEISH, 1982). Ainsi de telle action se produit avec une vitesse minimale au cours de la coagulation.
Les substituts de la présure sont généralement choisis par rapport à leur activité coagulante élevée (l’attaque rapide de la liaison Phe105-Met106) combinée à une activité protéolytique générale limitée. Une activité protéolytique non-spécifique élevée au cours de la coagulation peut donner naissance à des peptides qui seront perdus en solution provoquant la diminution du rendement fromager.
D’une manière générale la majorité des enzymes coagulants montre une activité protéolytique plus importante que la chymosine lorsque la caséine est prise comme substrat.
Cependant les différences sont moins évidentes lorsqu’elles sont comparées dans le lait écrémé ou durant la fabrication du fromage. Toutefois, il a été démontré que la plupart des enzymes coagulants provoquent des pertes dans le rendement comparés à la présure (Tableau 4) (EMMONS et BINNS, 1990 ; EMMONS et al., 1990 ; BARBANO et RASMUSSEN, 1992).
L’activité protéolytique durant l’affinage du fromage, due à la quantité d’enzyme retenue par le caillé, joue un rôle essentiel dans la dégradation des caséines (WILKINSON et KILCAWLEY, 2004 ; PARK, 2001).
Tableau 4: Perte en matière grasse et en protéines au cours de la phase de coagulation enzymatique du lait ; Comparaison entre enzymes coagulants.
(a) GREEN et FOSTER, 1974 ; (b) GREEN et al., 1984b.; (c) EMMONS et al., 1990 ;(d) BARBANO et RASMUSSEN, 1992 .
La quantité d’enzyme retenue par le gel est influencée par la température de coupe du coagulum, et du pH au cours du drainage du lactosérum. En effet, l’abaissement du pH augmente le taux d’adsorption de la chymosine sur les micelle de caséine (LARSSON et al., 1997 ). Toutefois, le taux retenu pour les protéases fongique ne semble pas influencé par l’abaissement du pH (RAMET, 1997) (Tableau 5). Cependant, lorsque la coupe est réalisée à des valeurs de pH plus élevées, les pepsines qui sont plus sensibles à la dénaturation par le pH que la chymosine se trouvent inhibées; c’est le cas de la pepsine porcine (GREEN et FOSTER, 1974 ; SOUSA et al., 2001).
Tableau 5 : Activité coagulante retrouvée (exprimée en % de l’activité initiale ajoutée au lait) dans le coagulum après acidification à différentes valeurs du pH, (RAMET, 1997).
L’activité résiduelle est également liée à la stabilité thermique de l’enzyme coagulant employé. L’activité résiduelle de la chymosine dans les fromages à pâte cuite, tel que l’emmental, est très réduite (HYNES et al., 2001). La pepsine porcine tend à être la plus sensible au chauffage. La protéase de Cryphonectria parasitica, pepsine bovine, chymosine, Rhisomucor pusillus et Rhisomucor miehei montrent une stabilité meilleure dans l’ordre croissant de la stabilité thermique (SOUSA et al., 2001).
D’autre part, le taux d’hydrolyse des fractions caséiniques, au cours de l’affinage, dépend fortement du taux d’enzyme coagulant employé (HYNES et al., 2001 ; DAVE, et al., 2003a).
La caséine ß est hydrolysée par la chymosine au niveau de la liaison Leu192-Tyr193 (TRIJILLO et al., 2000). Alors que La caséine αs1 est hydrolysée au niveau des liaisons Phe23- Phe24 ou bien Phe24-Val25 (HYNES, et al., 2001 ; DAVE et al.,2003b). L’hydrolyse de la caséine αs1 par la chymosine est beaucoup plus rapide que celle de la caséine ß. Les produits d’hydrolyse de la caséine ß par la chymosine sont très amers. Ce sont des peptides libérées de la partie C-terminal de la caséines ß ; ß(193-209) et ß(193-207 ou bien 208). Cependant, les produits d’hydrolyse de la caséine αs1 ne produisent aucune amertume (ERNSTROM et WONGT, 1983 ; KIM et al., 2004).
La formation du goût amère est due à l’action successive des enzymes coagulants et des protéases microbiens des cultures employées dans l’affinage, sur les caséines. En effet, il y a formation de peptides de taille moyenne sous l’action des enzymes coagulants. Ces peptides sont ensuite hydrolysés à leur tour par les protéases microbiennes en peptides de bas poids moléculaire, responsables d’amertume (O’KEEFFE et al., 1978 ; SOUSA et al., 2001 ).
La majorité des enzymes coagulants employés présentent la même spécificité que la chymosine au niveau de la caséine α et la caséine β en attaquant les mêmes liaisons précédemment citées ; cependant, avec une vitesse d’action variable. La pepsine bovine et la protéase de Rhisomucor miehei hydrolysent la caséine β plus lentement que la chymosine, alors que la protéase de Cryphonecteria parasitica et celle de Cyanara cardunculus montrent la plus grande activité protéolytique en attaquant plus rapidement la caséine β (BARBANO et RASMUSSEN, 1992, EMMONS et al., 1990 ; TRUJILLO et al., 2000, ). La pepsine de poulet semble attaquer plus rapidement la caséine ß comparée à la présure. Du cheddar préparé à l’aide de pepsine de poulet a montré un taux de protéolyse et d’amertume plus élevé que celui préparé par la présure (GREEN et al., 1984). Cependant, l’utilisation de la pepsine de poulet dans la fabrication de certains fromages à pâte cuite tels que Emmental et Kashkaval a donné des résultats satisfaisants (GORDIN et ROSENTAL, 1978). En effet, ces fromages ont présenté une qualité comparable à celle de fromage de même type préparé avec la présure.
Cela est due probablement au fait que la quantité d’enzyme résiduelle maintenue par le coagulum a été détruite par le chauffage au cours de l’étape de cuisson. Ceci indique la possibilité de l’emploi de la pepsine de poulet dans la fabrication de fromages à pâte cuite.
Son emploi pour les fromages à pâte fraîche, qui ne subissent pas d’affinage, semble également possible du fait que la protéolyse au cours de cette étape est évitée. D’autre part, la dégradation de la caséine β par les enzymes coagulants dans le fromage est fortement affectée par le contenu en sel. L’hydrolyse de la caséine β est considérablement réduite à 5% de NaCl et complètement inhibée à 10% de NaCl. En effet, les fromages non salés contiennent moins de caséine β intacte. Les fragments C-terminal de la caséine β qui sont reconnus être amères ont été mis en évidence dans les fromages non salés préparés par la chymosine (SOUSA et al., 2001).
Action des enzymes coagulants sur les caséines
