Een plant zonder water wordt slap. Als een plant langer zonder water staat, ‘zakt ze door haar hoeven’. Wanneer dit echt te lang duurt en je begint weer water te geven, dan is haar vorm niet meer te herstellen, ze vergroeit. Wat een verdrogende kamerplant met water heeft, hebben eiwitten met warmte: ze veranderen van vorm en vervolgens van functie.

Eiwitten die nog onveranderd zijn, worden ‘natuurlijk’ (‘native’) in de zin van hun oorspronkelijke structuur genoemd. Verschillende eiwitten hebben een complexe 3-dimensionale structuur. Grotere eiwitten zijn meervoudig gevouwen en hebben tal van interne zwavel-verbindingen, die de ruimtelijke structuur van het eiwit bijeen houdt. Daardoor hebben eiwitten een herkenbare binnen- en buitenkant, die verschillende aantrekking en afstoting hebben naar bijvoorbeeld water.

Verhitting kan de structuur van het eiwit stap voor stap ‘aantasten’. Dit wordt denaturatie genoemd. Het eiwit verliest haar ruimtelijke 3-dimensionale structuur, en de binnenkant komt naar buiten. De zwavel-bindingen breken en het eiwit wordt langgerekt, meer 1-dimensionaal. Hoe snel dit verloopt hangt af van het eiwit en van de temperatuur. Er zijn warmte-resistente eiwitten en warmte-labiele eiwitten. Afhankelijk hoe lang de warmte-inwerking is, zal het ontvouwingsproces onomkeerbaar zijn. Gevolg is, dat het eiwit naar buiten toe allerlei nieuwe structuren vormt, die het lichaam niet herkend en als antigeen beschouwt. Dit noemt men epitopen, aangrijpingspunten op onderdelen van het eiwit, waardoor een allergische reactie volgt. De antilichamen IgE, IgG en IgM reageren op de nieuw gevormde epitopen. Deze reacties zijn specifiek op een bepaalde epitoop gericht en behoren bij de zg specifieke immuunafweer.

Denaturatie van Beta-lactoglobuline

Veel aandacht wordt besteed aan de veranderingen in één van de hittegevoelige wei-eiwitten: β-lactoglobuline (B-LG). B-LG komt niet in mensenmelk voor, wel in melk van dieren waarvan wij de melk betrekken (koe, schaap, geit, etc). Door verhitting (temperatuurhoogte x tijdsduur) wordt de structuur van het B-LG stap na stap veranderd. Het in elkaar gevouwen eiwit ontvouwt en de eerst niet-toegankelijke binnenkant komt buiten te liggen. De verandering in de B-LG structuur verloopt in fasen. In het traject van 60-90^oC neemt de allergeniteit toe, daarna weer af. In de grafiek zijn de waarden opgenomen van verhittingen gedurende 15 minuten. De mate van denaturatie kan men meten door onder meer de immunologische reactie via een ELISA-test (Enzyme-linked Immunosorbent Assay). Linksonder in de grafiek staat het immunologische antwoord op niet-verhitte wei. De waarde van de ‘antigene response’ ligt bij ca 5 (rode puntjes). Tot een verhitting op 60^oC wordt vrijwel dezelfde waarde gevonden, daarna is er sprake van een sterke stijging (60-80^oC), een piek (80-90^oC) en een afname (>90^oC). De afname kan verklaard worden, doordat de epitopen, die ontstaan zijn door de oplopende temperatuur, boven de 90^oC weer verdwijnen, doordat er reacties plaatsvinden tussen het eiwit en de melksuikers en het oppervlakte van het eiwit verandert.

De industrie maakt derhalve ook gebruik van de gekookte melk (‘baked milk’) als een product wat vrij is van allergenen. De hele eiwitstructuur is vernietigd.

Invloed van verhitting op melk-allergeniteit: Weergave hoe 15 minuten verhitting van melk bij  oplopende temperatuur (horizontale as) zijn uitwerking heeft op de allergische verandering van het wei-eiwit β-lactoglobuline, gemeten via de ELISA-test (verticale as), (Kleber et al., 2014). De allergeniteit van het onveranderde eiwit staat links (rode punten).

In een 2^e onderzoek kun je zien, dat de hitte-gevoeligheid ligt bij temperaturen boven 60^oC. De Taiwanese onderzoeksgroep (Song et al., 2004) heeft allerlei combinaties van tijd en temperatuur onderzocht op de immunoreactie via de ELISA-test. Uit de figuur komt duidelijk naar voren, dat

a) tot 60^oC geen meetbare verandering optreedt,

b) zeer korte verhittingen (0,25 en 0,5 minuten) ook bij hogere temperaturen vrijwel geen veranderingen laten zien, maar dat

c) in het traject van 60 tot 70^oC de behandelingen uiteen gaan lopen en

d) bij 90^oC de tijdsinvloed langer dan 1 minuut geen rol meer speelt.

Tijd x temperatuurcombinaties en de effecten op de immunoreactiviteit na verhitting van pure B-LG afkomstig uit rauwe melk (vereenvoudigd naar Song et al., 2004). Op de horizontale as is de temperatuur weergegeven, op de verticale as de immuniteits-reactie. De 3 lijnen zijn gebaseerd op de tijdsduur van de verhitting (zeer kort, middellang en lang).

De vroegere, vrijwel niet meer gebruikte standpasteurisatie is een combinatie van 62-63^oC gedurende 30 minuten en de normale wettelijke melkpasteurisatie ligt bij 72-80^oC bij 10-30 seconden.

Foto: avondstemming in de Zwitserse Alpen, Zillis, Graubünden (Ch)