Diss. ETH Nr. 14876

Casein-Polymorphismus und gerinnungsrelevante Eigenschaften von Milch Schweizerischer Ziegenrassen

Abhandlung zur Erlangung des Titels Doktor der technischen Wissenschaften der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich

vorgelegt von Thomas Büeler Dipl. Lm.-Ing. ETH geboren am 18. Oktober 1970 von Schübelbach SZ

angenommen auf Antrag von Prof. Dr. Zdenko Puhan, Referent Prof. Dr. Michael Kreuzer, Korreferent

Zürich 2002

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Zusammenfassung

Casein-Polymorphismus und gerinnungsrelevante Eigenschaften von Milch Schweizerischer Ziegenrassen Die Gerinnungseigenschaften der Milch sind für die Ausbeute und die Qualität der Käse, nebst den Gehaltswerten und dem Caseinpolymorphismus, von grosser Bedeutung. Dies gilt sowohl für Kuh-, Schaf- wie auch für Ziegenmilch. Im ersten Teil der Arbeit wurden verschiedene Methoden zur Bestimmung von Gerinnungseigenschaften von Milch verglichen. Im zweiten Teil wurden die Inhaltsstoffe, Gerinnungseigenschaften (R, k20, A30, A2R) und der Caseinpolymorphismus von Milch Schweizerischer Ziegenrassen, Saanenziege (SA), Toggenburgerziege (TO) und Gemsfarbige Gebirgsziege (CH), untersucht. Dazu wurden im Jahr 2000 während der Laktation aus drei Betrieben mit total 117 Tieren monatlich Proben erhoben. Die Gerinnungsanalysen mit Kobaltglasmethode, Zweistrahlphotometer, Gelograph® NT und Formagraph wurden im direkten Vergleich charakterisiert und auf Praxistauglichkeit bewertet. Gerinnungszeiten gemessen mit Zweistrahlphotometer und Gelograph® NT waren um 12% bis 15% kürzer als bestimmt mit Kobaltglas oder Formagraph. Festigkeitsmasse sind gerätespezifische Masse. Für die weiteren Versuche wurde die Laktodynamographie gewählt, welche sich vor allem für hohes Probenaufkommen eignet. Nachfolgende direkte Gerätevergleiche mit Formagraph und Lattodinamografo, dem Nachfolgegerät des Formagraph, ergaben um den Faktor 1,4 längere Gerinnungszeiten für den Lattodinamografo. Die Gerinnungsparameter (R, k20, A2R) unterschieden sich bei allen drei Rassen bei Rohmilch und bei entrahmter, pH-korrigierter Rohmilch signifikant voneinander. Der Verlauf der Festigkeitsmasse (A30, A2R) während der Laktation korrelierte bei allen drei Rassen gering bis mittel mit dem Verlauf des Proteingehaltes. Von den im zweiten Teil untersuchten Vollmilchproben wurden anhand des Labgerinnungsindex (LGI) folgende Anteil als labträge eingestuft: SA: 33%, CH: 14%, TO: 5%. Dies ist vor allem auf die durchwegs längere Gerinnungszeiten bei SA zurückzuführen. In allen Herden wurden sehr niedrige Frequenzen der hoch exprimierenden αs1-Casein-Allele A, B, C festgestellt. Die Proben wurden für die Vergleiche in die Gruppen „null-tief“ (SA: 0,22, TO: 0,91, CH: 0,52) und „mittel-hoch“ (SA: 0,78, TO: 0,09, CH: 0,48) eingeteilt. Der αs1-Casein-Gehalt hatte einen

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Zusammenfassung

positiven Einfluss auf Proteingehalt sowie Gallertfestigkeit und Verfestigungsgeschwindigkeit (positiv korreliert), zeigte jedoch keinen Zusammenhang mit Fettgehalt und Gerinnungszeit. Zusammenfassend kann gefolgert werden: • Züchtungsziel ist es, möglichst wenige Tiere mit labträger Milch im Bestand zu haben. Nimmt der Anteil an labträger Milch in einer Herde überhand, kann der LGI der Bestandesmischmilch unter -0,25 fallen. Die Folgen, vor allem in den kleingewerblichen Betrieben, die sehr oft nur Milch von wenigen Tieren oder nur des eigenen Betriebes zu Käse verarbeiten, sind nachteilige Auswirkungen auf Qualität und Ausbeute von Käse. In den eigenen Versuchen wurden zwar Tiere mit labträger Milch jedoch keine labträge Bestandesmischmilch festgestellt. Liegen die durchschnittlichen LGI-Werte jedoch im „normalen“ Bereich (LGI > -0,25), dient der Proteingehalt als Indikator für die Ausbeute. • Der Proteingehalt korrelierte bei allen drei Rassen positiv mit den Festigkeitsparametern (A2R, A30) nicht aber mit der Gerinnungszeit R. • Der Vergleich von Milch mit den αs1-Casein-Expressionsstufen „null-tief“ und „mittel-hoch“ ergaben einen hoch signifikanten Einfluss auf Proteingehalt, Verfestigung und Gallertfestigkeit aber keinen Einfluss auf Gerinnungszeit. • Die erhaltenen Analysenwerte lassen sich nur bedingt auf den gesamten Ziegenbestand der Schweiz extrapolieren, da die Tiere nur von ausgewählten Betrieben stammten. • In Schweizer Ziegenrassen sind die αs1-Casein-Varianten mit hoher Exprimierung nur in niedrigen Frequenzen vorhanden. Folglich weist die Mischmilch einen niedrigen Gehalt an Casein, bzw. Gesamtprotein auf. Darum empfiehlt es sich, eine erste Beurteilung von Beständen über die Gehaltswerte zu machen. In vorliegendem Bespiel hatte TO mit 91% den höchsten Anteil an „null-tief“ exprimierenden αs1-Casein-Varianten gegenüber 52% bei CH und 22% bei SA. Der Proteingehalt lag aus diesem Grund bei TO nur bei 2,57 g/100 g gegenüber 2,97 g/100 g bei SA und 3,00 g/100 g bei CH. Der αs1-Casein-Polymorphismus der Ziege hat einen direkten Einfluss auf die Käseausbeute und -qualität, als Folge des Casein- und Gesamtproteingehalts wie auch der Gallertfestigkeit. Über gezielte Züchtung könnten in Schweizer Herden der Anteil hoch exprimierenden αs1-Casein-Allele „verbessert“ und somit Gehaltswerte und Gerinnungseigenschaften positiv beeinflusst werden.

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Summary

Casein Polymorphism and renneting related properties of milk of Swiss goat breeds The renneting properties of milk are important for the yield and quality of cheese. Of importance is the polymorphism of proteins and this applies particularly to caseins. In the first part of the study, different methods for determination of renneting properties of milk were compared. In the second part the composition, renneting properties and casein polymorphism of the Swiss goat breeds Saanen (SA), Toggenburg (TO) and Alpine (CH) were analysed. Milk samples were obtained from three herds totalling 117 animals during the lactation period 2000. The renneting properties were determined with the following methods: Cobalt glass, photometrically, Gelograph® NT and Formagraph. The methods were characterized and their suitability for application in practice evaluated. Coagulation time (CT) measured with photometer and Gelograph® NT was 12% to 15% shorter than with cobalt glass or Formagraph. The value for curd firmness (CF) was specific for each of the methods tested. The lactodinamographic methods proved to be the most suitable for both characterization of renneting properties and efficiency. A direct comparison of the lactodinamographic methods e.g. Formagraph and Lattodinamografo (the follow-up equipment of the Formagraph) resulted in 1.4 fold longer coagulation time (CT) for the Lattodinamografo. Raw milk and pH-corrected skimmed milk of all three breeds differed significantly in coagulation parameters (R, k20 A2R). Parameters for CF (A30, A2R) changed for all breeds during lactation showing correlation with protein content. The “rennet coagulation index” LGI, characterising the renneting of milk, showed that the portion of slow renneting milk (LGI < -0.25) was as follows: 33% SA, 14% CH and 5% TO. The αs1-casein-alleles were grouped according αs1-casein expression in “nulllow” (SA: 0.22, TO: 0.91, CH: 0.52) and “medium-high” (SA: 0.78, TO: 0.09, CH: 0.48). The αs1-casein content showed positively correlated influence on total protein content as well as CF and CR, but had no effect on CT and fat content.

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Summary

It can be concluded: • The breeding goal is to have no animals with slow-renneting milk. If the portion of slow-renneting milk in a herd increases, the LGI of the bulk can decrease under -0.25. This has unfavourable effects on yield and quality of cheese. We found no bulk milk sample with LGI lower than -0.25. However if the LGI lies in the “normal” range (LGI > -0.25), the protein e.g. casein content can be taken as indicator for the yield of cheese. • In all three breeds the protein content did correlate with firmness parameters (A2R, A30) but not with coagulation time • The Comparison between αs1-casein expression groups “null-low” and “medium-high” showed highly significant influence on protein content, CR and CF, but no influence on CT. • Our results can only conditionally be extrapolated to the goat population of Switzerland, since the milk samples were obtained from selected herds. • In Swiss goat breeds only low frequencies of the αs1-casein variants with high expression were found. Consequently the bulk milk has low protein e.g. casein content. It is recommended to do a screening of the herds regarding the composition of milk. In the present work TO showed with 91% the highest portion of “null-low” expression αs1-casein variants compared with 42% for CH respectively 22% for SA. Accordingly the protein content of TO was 2.57 g/100 g, 2.97 g/100 g for SA and 3.00 g/100 g for CH. The polymorphism of caprine αs1-casein has a direct influence on cheese yield as well as on curd firmness as a consequence of casein and protein content. A specific breeding program would improve the frequency of “high” αs1-casein variants in Swiss goat breeds having positive effects on content and renneting properties of milk.