Caglio e dintorni: la frontiera dei cagli vegetali

Come già descritto nella prima puntata di questa serie di articoli dedicata ai cagli, “Caglio e dintorni: come calcolare l’attività coagulante?“, e introdotto nell’articolo “La coagulazione del latte e le tipologie di caglio“, il processo di coagulazione del latte avviene ad opera di enzimi proteasi coinvolti in reazioni di idrolisi delle caseine con conseguente formazione di un coagulo.

In questo articolo andremo a trattare la frontiera dei cagli vegetali, utilizzati negli ultimi anni in sostituzione dei cagli animali a causa della poca disponibilità di questi ultimi e per l’insorgere di nuove abitudini alimentari e “credo” religiosi che impongono il divieto di utilizzare i prodotti di derivazione animale, di cui abbiamo ampiamente parlato nell’articolo “Caglio e dintorni: i cagli animali“.

Come vengono estratti gli enzimi da matrici vegetali?

Gli enzimi proteolitici di origine vegetale in grado di coagulare il latte vengono estratti da varie piante ma quelle dai cui organi vengono maggiormente estratte le proteasi, sono Carica papaya, Ficus carica, Cynara cardunculus, Cynara scolymus e Cynara humilis. Ad oggi l’enzima vegetale più utilizzato è la cardosina, ovvero quello estratto dalla Cinara sp. (il cardo), ma vari studi hanno dimostrato un’elevata efficacia coagulante anche in estratti di fico, da cui si ottiene l’enzima ficina; papaya, da cui si estrae la papaina; ananas, da cui si estrae la bromelina; e kiwi, da cui si ottiene l’actinidina.

Il processo di estrazione del caglio grezzo da matrici vegetali avviene attraverso la macerazione del tessuto vegetale in acqua, accoppiata ad un sistema di filtrazione necessario per eliminare il pool di residui organici presenti come metaboliti secondari prodotti dalla pianta, tra cui flavonoidi, terpeni tannini e steroidi, inutili al fine della coagulazione del latte. Ciononostante, non tutti gli organi della pianta sono fonti di caglio vegetale, quello da cui avviene la maggior parte della raccolta è infatti il fiore.

Quali sono gli enzimi proteolitici vegetali?

Le proteasi estratte da vegetali sono contenute in elevate percentuali nella pianta o nell’organo da cui vengono estratte ma la quantità enzimatica varia in base alla specie. Inoltre, le proteasi vegetali vengono classificate in base al meccanismo catalitico utilizzato durante il processo di idrolisi proteica. Le principali proteasi vegetali ad azione coagulante del latte sono le proteasi aspartiche, le proteasi cisteiniche e le proteasi seriniche. Ma vediamole nel dettaglio.

Le proteasi aspartiche

Le proteasi aspartiche (AP) si ritrovano in molte varietà di specie vegetali tra cui, la più utilizzata, Cynara cardunculus. Questi enzimi sono coinvolti nel processo di degradazione della frazione proteica durante il processo di sviluppo delle piante, nelle fasi di immagazzinamento delle proteine, nelle risposte allo stress e agli agenti patogeni, oltre che nella fase di senescenza della pianta. L’attività catalitica deriva da due residui aspartici, la cui specificità d’azione è preferita per la scissione dei legami peptidici tra residui di amminoacidici idrofobici. La maggior parte di questi enzimi sono proteine eterodimeriche con subunità grandi (28-35 kDa) e subunità più piccole (11-16 kDa).

Le proteasi cisteiniche

Il secondo gruppo di enzimi proteasi vegetali è quello delle proteasi cisteiniche.

Questi enzimi, noti anche come tiolo-proteasi, hanno un meccanismo catalitico che coinvolge una cisteina nel loro sito attivo.

Le proteasi seriniche

Infine, conosciamo meglio le proteasi seriniche (SP). Questi enzimi sono caratterizzati dalla presenza dell’amminoacido serina nei loro siti attivi. Il ruolo principale delle SP è, fondamentalmente, lo stesso delle AP con piccole caratteristiche aggiuntive. Sono diffuse in molte piante, appartengono a diversi gruppi tassonomici e il loro organo di derivazione è il frutto. Una volta estratte vengono purificate e caratterizzate.

Nella seguente tabella sono riportati alcuni esempi di classificazione degli enzimi e la loro matrice di derivazione.

Queste proteasi vengono utilizzate nella lavorazione di latte ovino e caprino, e meno per il vaccino a causa della probabile insorgenza di caratteri sgradevoli. Inoltre, questi enzimi sono principalmente coinvolti nella coagulazione di latte destinato a produrre formaggi a pasta molle, caratterizzati da un gusto amaro e piccante. A causa di questi motivi, questi cagli non sempre vengono utilizzati come degni sostituti del caglio di origine animale, ma vengono ugualmente impiegati per la produzione di molti formaggi; in particolare, il caglio vegetale derivato dalla Cynara sp., comunemente nota come cardo, viene ampiamente utilizzato per la produzione di formaggio come i pecorini Caciofiore e Fior di cardo.

Dalla Cynara, il caglio viene estratto utilizzando fiori essiccati che vengono lasciati macerare in acqua a temperatura ambiente. L’estratto, così ottenuto, viene poi filtrato con un panno e direttamente aggiunto al latte nelle proporzioni adeguate, affinché la coagulazione avvenga in 30-60 minuti.

L’efficienza di ricavo del caglio dai vegetali, e la conseguente attività coagulante, variano però in base alle caratteristiche di coltivazione e alle condizioni climatiche alle quali la pianta cresce.

Studi condotti su estratti di fiori della specie Cynara cardunculus hanno dimostrato la presenza di tre proteasi aspartiche, denominate Cinarasi 1,2 e 3, principalmente presenti nelle parti violacee del fiore, prodotte a partire da uno stesso precursore genico, che mostrano un’elevata attività a pH 5 e a temperature superiori ai 37 °C.

La loro attività è stata comparata con quella della chimosina. Le forme 1 e 2 hanno una specificità per il legame Phe105-Met106 della κ-caseina simile alla chimosina, unita però ad una scarsa attività coagulante. La forma 3 risulta invece la proteasi più aspecifica, anche se mostra un tempo di comparsa del coagulo molto simile a quello della chimosina.

In generale, la cardosina, l’enzima proteolitico derivante dalla Cynara sp., e più utilizzato in ambito lattiero-caseario, ha un’attività proteolitica più diffusa rispetto alla chimosina in quanto idrolizza più legami delle catene α e β caseine. Questo determina la produzione di una maggiore quantità di piccoli peptidi, alcuni dei quali idrofobici e quindi ritenuti nella cagliata, che gli conferiscono il tipico sapore amaro e pungente, altri idrofilici che si solubilizzano nel siero provocano un abbassamento della resa.

Nonostante queste significative differenze, sia dal punto di vista genetico che proteasico, in letteratura vi è molta confusione sull’assegnazione di nomi identificativi univoci, tanto che spesso sono indifferentemente indicate con l’ulteriore nome di ciprosina. A conferma di tale incertezza anche la Commissione per gli Enzimi le identifica con lo stesso numero EC 3.4.23.40, il quale raccoglie un più ampio gruppo di proteasi aspartiche vacuolari.

I cagli vegetali sono stati ampiamente utilizzati nella produzione dei formaggi, infatti, il nome stesso di caglio deriva da Gallium verum, una pianta utilizzata dai romani proprio per questo scopo.

Molti vegetali hanno attività coagulante, ma solo i fiori del cardo hanno un’applicazione industriale e molti formaggi fra cui alcuni DOP della Penisola iberica vengono prodotti con questo caglio. L’attività coagulante nei fiori di cardo è dovuta alle due proteasi acide presenti, la cardosina A e la cardosina B che idrolizzano la caseina in modo analogo alla chimosina ed alla pepsina, gli enzimi presenti nei cagli animali. L’attività proteolitica di questi enzimi e degli altri presenti negli estratti da cardo è però molto elevata e quindi si rischia una proteolisi spinta dei formaggi con formazione di sapore amaro e, in alcuni casi, liquefazione della pasta.

Nel prossimo articolo in programma per il focus “Caglio e dintorni”, andremo ad introdurre e conoscere la frontiera dei cagli microbici e a DNA ricombinante.