Аннотация

Изучен процесс ферментации составных частей молока в связи с возможностью использования их в технологии молочных напитков. Исследованы качественные характеристики ферментации лактозы, установлены изменения углеводов в молоке. Выбран способ обработки молочных углеводов в связи с использованием его в технологии молочных напитков. Подробно изучен количественный состав органических кислот в процессе ферментативного гидролиза лактозы.

Ключевые слова

Лактоза, ферментативный гидролиз, изменение углеводов, трансгликозилирование молока

ВВЕДЕНИЕ

В процессе ферментации происходят существенные изменения с составными частями молока. В связи с тем, что наибольшим изменениям подвергся молочный сахар, нами детально проанализирован углеводный состав углеводов, полученных при гидролизе лактозы. Опуская из текста диссертации хроматограммы, следует отметить, что в процессе ферментации отмечается накопление продуктов трансгликозилирования (рис. 1). Установлено, что темп изменения углеводов в молоке подчиняется общим законам независимо от препарата, трансформирующего лактозу (поз. 1). Так, наибольшее падение массовой доли лактозы в молоке после двух часов ферментации отмечено в случае использования Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis - на 39%, затем на 25% в случае гидролиза дрожжами K. lactis и на 12% в образце, ферментированном экстракт из K. lactis. В дальнейшем темп падения массовой доли лактозы замедлялся, и, начиная с 8 часового интервала, переходил в зону, соответствующую показателю ошибки опыта (R2≥0,15), стадия процесса являлась заключительной. Отметим, что в третьем варианте опытов с использованием Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis глюкоза и галактоза накапливались практически в равных концентрациях (как и следовало ожидать, исходя из теоретического выхода), различия в темпе накопления являлись недостовереными. Так, содержание глюкозы и галактозы после 2, 4, 6, 8 и 10 ч ферментации в относительном содержании углеводов составило 20 и 20; 23 и 22; 24 и 22; 29 и 28, а также 36 и 34% соответственно. В долевом отношении это составило1,00; 1,05; 1,09; 1,04 и 1,06. а) б) в) Рис. 1. Темп изменения углеводов при гидролизе лактозы (а - дрожжи K. lactis; б - экстракт из K. lactis; в - Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis): 1 - лактоза; 2 - глюкоза; 3 - галактоза; 4 - продукт трансгликозилирования В результате биотрансформации лактозы произошло увеличение массовой доли моносахаров и продуктов трансгликозилирования за счет неравновесного течения процесса гидролиза. Отметим, что практически во всех образцах темп накопления глюкозы превалировал над аналогичным показателем второго продукта гидролиза лактозы, а именно - галактозы, которая, по-видимому, являлась более реакционноспособной. Показано, что изменение массовой доли продуктов трансгликозилирования имело линейную зависимость на всем участке процесса ферментации. В случае использования дрожжей K. lactis после десяти часов ферментации относительное содержание глюкозы, галактозы и продуктов трансгликозилирования составляло 32, 22 и 11%; экстракт из K. lactis позволяет получить относительное содержание углеводов 30, 22 и 14%; а Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis позволяет получить в относительном содержании 36% глюкозы, 34% галактозы и 7% продуктов трансгликозилирования. Как показано в работах некоторых авторов, β-галактозидаза является индуцированным ферментом. В этой связи интерес представляет изучение содержания продуктов трансгликозилирования в молоке с гидролизованной лактозой. В табл. 1 показан качественный и количественный состав олигосахаридов (продуктов трансгликозилирования). Таблица 1 Качественный и количественный состав продуктов трансгликозилирования молока с гидролизованной лактозой (±m; m≤0,05) ОлигосахаридОтносительное содержание, % после продолжительности ферментации, ч дрожжи K. lactisэкстракт из K. lactisLactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis 468468468 Galβ(1→3)Glc2,052,292,793,153,254,230,721,651,98 Galβ(1→4)Glc1,572,062,483,113,183,490,641,371,68 Galβ(1→6)Glc0,430,490,570,700,560,680,440,590,85 Galβ(1→6)Gal0,140,200,290,420,230,480,150,330,41 Сумма неидентифицированных олигосахаридов0,811,962,870,680,782,400,050,060,08 ПРИМЕЧАНИЕ. Массовая доля Galβ(1→3)Glc, Galβ(1→4)Glc, Galβ(1→6)Glc и Galβ(1→6)Gal составляла в контрольном образце 0,51; 0,45; 0,29 и 0,10%. Представленные в таблице результаты свидетельствуют о том, что β-галактозидаза используемых биопрепаратов способна вызывать неравновесное течение процесса гидролиза, а экстракт фермента нуждается в дополнительной степени очистки для обеспечения гидролиза лактозы без получения продуктов трансгликозилирования. Кроме того, естественно предположить, что дрожжи способствуют появлению в молоке достаточно редких неидентифицированных олигосахаридов. Независимо от условий ферментации максимальное образование было характерно для олигосахарида Galβ(1→3)Glc, затем следовали дисахариды Galβ(1→4)Glc, Galβ(1→6)Glc и Galβ(1→6)Gal. Наряду с накоплением продуктов гидролиза отмечено увеличение кислотности молока (табл. 2). Таблица 2 Изменение массовой доли молочной кислоты в молоке при ферментации ПрепаратМассовая доля органических кислот в пересчете на молочную кислоту, мг/100 г 4812 Дрожжи K. lactis3±0,0649±2,4275±3,74 Экстракт из K. lactis5±0,158±0,0414±0,67 Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis8±0,4369±3,43108±7,44 В начальный момент времени массовая доля органических кислот составляла 0,5±0,02%, наименьший темп нарастания массовой доли органических кислот отмечен в молоке, ферментированном экстрактам из K. lactis, наибольший - в случае ферментации Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis. В результате биохимической трансформации лактозы произошло изменение массовой доли молочной кислоты при увеличении продолжительности ферментации с 4 до 12 ч в среднем в 25,0, 2,8 и 13,5 раз, в то же время после четырех часов ферментации массовая доля молочной кислоты в образце, ферментированном закваской молочнокислых микроорганизмов, превосходило в 2,7 раза аналогичный показатель молока, ферментированного дрожжами. На рис. 2 показаны хроматограммы присутствия органических кислот в молоке с гидролизованной лактозой после 10 ч ферментации. Рис. 2. Хроматографический профиль органических кислот в молоке с гидролизованной лактозой (а - дрожжи K. lactis; б - экстракт из K. lactis; в - Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis) по вариантам: 1 - молочная кислота; 2 - муравьиная кислота; 2 а, 3, 9 - неидентифицированные пики; 4 - щавелевая кислота; 5 - винная кислота; 6 - яблочная кислота; 7 - янтарная кислота; 8 - уксусная кислота Установлено, что спектр образованных в молоке органических кислот является весьма разнообразным. Судя по результатам хроматографического анализа, можно заключить, что из всех биопрепаратов наиболее активным продуцентом молочной кислоты является Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis, пики других органических кислот не являются значительными, за исключением яблочной кислоты, которая является промежуточным продуктом при биотрансформации углеводов в молочную кислоту. Дрожжевой препарат K. lactis позволял получить более широкий спектр органических кислот, еще в большей степени отмечено расширение спектра органических кислот при ферментации экстрактом из K. lactis (табл. 3). Таблица 3 Количественный состав идентифицированных органических кислот в молоке с гидролизованной лактозой (±m; m≤0,05) ОлигосахаридМассовая доля, мг/100 г, после продолжительности ферментации, ч дрожжи K. lactis экстракт из K. lactisLactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis 481248124812 Молочная кислота2,1235,767,23,554,9310,366,2050,3179,30 Муравьиная кислота-3,686,711,561,782,060,050,092,37 Щавелевая кислота0,010,081,270,020,060,07--- Винная кислота--0,03--0,02--- Янтарная кислота-0,050,09------ Яблочная кислота0,340,400,46-0,020,061,058,9620,11 Уксусная кислота0,030,071,020,010,040,05--- Скачкообразное увеличение массовой доли органических кислот после восьми часов технологического процесса связаны с экспоненциальным размножением микроорганизмов, причем массовая доля молочной кислоты, как наиболее весомой, в относительном содержании всего профиля органических кислот в 2,9; 1,4 и 1,2 раза превосходила аналогичный показатель для молока, ферментированного дрожжевыми клетками после 4, 8 и 12 ч биотехнологической обработки. Подобные изменения содержания органических кислот существенно влияли на формирование органолептических показателей молока с гидролизованной лактозой. Развивая имеющиеся фундаментальные знания и практические достижения в области биохимии гидролиза лактозы, в наших дальнейших исследованиях предпринята попытка исследовать закономерности гидролиза лактозы коммерческими препаратами, полученными в лабораторных условиях ООО «Инновационно-исследовательский центр»: - дрожжи Kluyeromyces lactis; - дрожжевой экстракт из Kluyeromyces lactis; - Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей Kluyeromyces lactis.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алиева, Л.Р. Разработка технологии напитков из молочной сыворотки с применением хитозана: автореф. дис… канд. техн. наук: 05.18.04: защищена 20.05.03 / Алиева Людмила Руслановна. - Ставрополь, 2003. - 19 с.
2. Бархатова, Т.В. Бифидогенные олигосахариды / Т.В. Бархатова, И.А. Евдокимов. - Краснодар: ООО «Фирма Тамзи», 2003. - 90 с.
3. Волкова, Т.А. Газированные напитки на основе молочной сыворотки / Т.А. Волкова, Э.Ф. Кравченко // Современные технологии пищевых производств нового поколения и их реализация на предприятиях АПК: тезисы докладов научно-практической конференции. - Углич, 2000. - С. 90-92.
4. Голуб, О.В. Исследование и разработка технологии продуктов на основе молочной сыворотки и использованием фитосырья: автореф. дис… канд. техн. наук: 05.18.04: защищена 06.04.00 / Голуб Ольга Валентиновна. - Кемерово, 2000. - 16 с.
5. Хамагаева, И.С. Влияние гидролиза лактозы β-галактозидазой на биохимическую активность бифидобактерий: В кн. «ХХI Международный конгресс по молочному делу. Краткие сообщения» / И.С. Хамагаева, А.С. Тихомирова, А.К. Куликова. - М., 1982. - Т. 1. - Кн. 2. - 370 с.