レニン

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レンニンは、離乳前の子牛の胃において最初に発見されたアスパラギン酸プロテアーゼである。乳中のκ-カゼインのPhe105–Met106間のペプチド結合を特異的に切断し、カゼインミセルを破壊する。乳の凝固作用（カード形成能）およびタンパク質加水分解能により、チーズ製造における組織（テクスチャー）形成と特有の風味形成に不可欠な酵素として位置付けられ、チーズやヨーグルトの製造に広く用いられている。哺乳類の胃液中にはレンネットが存在し、乳タンパク質を凝固させてチーズ状にし、各種プロテアーゼにより消化されやすい形態にする。レンネットは酵素の作用効率を高めるものであり、厳密には酵素そのものとしては扱われない。哺乳類以外の動物は乳を摂取しないため、レンネットはほとんど存在しない。レンネットはチーズ製造に不可欠な製剤であり、その生産額は酵素製剤全体の総生産額の15.5%を占める。主な供給源は離乳前子牛の第四胃粘膜である。

図1. レンニンのタンパク質構造。

由来

• 動物由来レンネット：レンネットは当初、子牛の第四胃粘膜に由来し、その後、他の動物の胃からも抽出されるようになった。しかし、動物由来レンネットは安定性に課題があること、ならびに民族性・宗教的信条への配慮から、研究の方向性は微生物由来および植物由来レンネットへと移行している。
• 植物由来レンネット：多くの植物には、乳を凝固させ得る多様なプロテアーゼが含まれる。現在、パパイン、イチジクプロテアーゼ、ブロメライン、ショウガプロテアーゼ、アルビジン、アーティチョークプロテアーゼ等に関する研究が報告されている。
• 微生物由来レンニン：微生物は、増殖サイクルが短い、高収率である、時間・空間的制約が小さい、製造コストが低い、抽出が容易である、経済性が高い等の利点を有し、現在最も有望なレンネット供給源として開発が進められている。これまでに40種以上の微生物が実用的なレンネット様活性を産生することが見出されており、主として糸状菌、放線菌、細菌等である。

性質

レンネットの溶解性は、pH、温度および溶液のイオン強度の影響を受ける。pH 5.5、濃度1 mol/LのNaCl溶液に可溶である。レンネットの結晶構造は25℃で比較的安定であり、イオン強度の増加に伴い溶解性は増大する。等電点はpH 4.5で、pH 5.3～6.3で最も安定であるが、pH 3～4では自己分解により活性が低下する。アルカリ条件下では不可逆的な立体構造変化が生じ、活性が低下する。

レンネットの剤形

レンネットには液状、粉末、錠剤の3つの剤形がある。従来、レンネットは子牛の第四胃（皺胃）から抽出されてきたが、研究の進展に伴い供給源は継続的に拡大している。現在の分類は、牛・豚・山羊の胃に由来する動物レンネット、イチジクの乳液やパイナップル果実に由来する植物レンネット、カビおよび酵母に由来する微生物レンネットの3区分である。デンマークのチーズ製造で用いられる糸状菌由来レンネットは広く使用されている。

作用機序

レンネットによるカード形成作用は2段階に分けられる。第1段階では、乳中のκ-カゼインポリペプチド鎖のPhe105–Met106間のペプチド結合を酵素的に加水分解し、安定なパラ-κ-カゼインおよび可溶性グリコマクロペプチド（GMP）を生成する。第2段階では、κ-カゼイン全体の約80%が加水分解された時点で、カルシウムイオン存在下においてカゼインミセル間に形成される化学結合を介して凝集が進行し、凝乳（カード）または凝固乳が形成される。これは、κ-カゼイン分子がカゼインミセル表面に局在し、疎水結合およびコロイド状リン酸カルシウムとの相互作用によりサブユニットが連結されているためである。

影響因子

• pH：レンニン活性は酸性環境で最も高く、原料乳の酸度のわずかな変化でもレンネット活性に顕著な影響を及ぼし得る。レンニン活性の大部分はトリプシンに由来し、一部はウシペプシンに由来する（ただし、ブタレンネットの有効成分はブタペプシンである）。トリプシンの至適pHは5.4であり、ペプシンの至適pHはトリプシンより低い。
• 温度：レンネットの至適温度は42℃である（55～60℃では酵素自体が失活する）。乳温は凝固速度に大きく影響する。乳温が30℃の場合、原料乳の凝固時間は42℃の2～3倍となる。しかし実際のチーズ製造では、乳温は通常30～33℃に維持される。これは、（1）乳酸菌の至適温度（例：ストレプトコッカス属の至適温度は約30℃で、40℃を超えることは望ましくない）を考慮するため、（2）乳温が高いとカードの硬化が速すぎ、後工程のカッティングが困難になるためである。
• Ca²⁺濃度：レンネットにより変換されたカゼインは、原料乳中に遊離カルシウムイオンが存在する場合にのみ凝固し得る。したがって、カルシウムイオン濃度はカード形成時間、カード硬度およびホエー排出に影響する。