Аннотация

В статье приведены результаты исследований процесса гидролиза лактозы в обезжиренном молоке-сырье, используемом при производстве сырного продукта.

Ключевые слова

Лактоза, гидролиз, обезжиренное молоко, фермент

ВВЕДЕНИЕ

Введение Низколактозные молочные продукты - это такие продукты молочного происхождения, у которых в результате физического, химического или микробиологического воздействия лактоза -основной углевод молока уменьшен в количественном соотношении, полностью удален или замещен на другой углевод [1, 4]. В настоящее время в науке и промышленности известно достаточное количество методов, позволяющих снижать или удалять лактозу из молочной среды. Во многих странах для людей, страдающих непереносимостью лактозы, разрабатывают специальные низколактозные и безлактозные смеси. Это достигается различными способами: сбраживанием лактозы молока молочнокислыми бактериями, использованием ферментативного гидролиза, смешиванием различных компонентов с выделенным ультрафильтрацией молока молочным белком [2]. Ферментативный гидролиз лактозы осуществляется при помощи растворимых и иммобилизированных β-галактозидаз различной природы. Практически все промышленные ферменты лактазы продуцируются дрожжами рода Kluyveromyces или плесенями рода Aspergillus.Основные отличия их заключаются в физико-химических и каталитических свойствах. Препараты β-галактозидаз дрожжевого происхождения имеют более высокую термостабильность и температурные оптимумы (60-65 °С), в отличие от β-галактозидаз грибкового происхождения (30-35 °С), они и более устойчивы к изменениям активной кислотности среды, чем дрожжевые, - 6,0-7,2. Недостатком β-галактозидаз грибкового происхождения является наличие примесей активных протеиназ, необходимость тщательной очистки от афлотоксинов и аллергенов. Последние недостатки в меньшей степени относятся к β-галактозидазам дрожжей. Обычно в молочной промышленности для гидролиза лактозы в молоке и сладкой сыворотке применяют нейтральную β-галактозидазу преимущественно из дрожжей вида Kluveromyceslactis и Saccharomyceslactis, а для гидролиза лактозы в кислых средах применяют β-галактозидазу из грибов вида Aspergillusniger и Aspergillusoryzae [3]. На кафедре технологии молока и молочных продуктов ФГБОУ ВПО «ОмГАУ» ведутся исследования по разработке различных низколактозных молочных продуктов, при этом используются ферменты, такие как β-галактозидаза и maxilact и др. Целью работы является проведение исследований и определение условий процесса гидролиза лактозы в обезжиренном молоке-сырье, предназначенном для производства сырного продукта с минимизированным количеством углеводов. Объекты и методы исследований Исследование процесса гидролиза лактозы проводилось с использованием фермента Ha-Lactase - нейтрального препарата β-галактозидазы (лактазы), произведенного путем ферментации отобранного штамма дрожжей Kluyveromyces fragilis, выращенного на растительном субстрате.Ha-Lactase гидролизует лактозу в смесь глюкозы и галактозы при следующих параметрах: активная кислотность 6-7 ед., температура 10-50°С, активность 2850 NLU/л.В качестве основного объекта исследования использовалось обезжиренное молоко с массовой долей жира 0,05 %. Применение обезжиренного молока в качестве молочной основы нового сырного продукта обусловлено наличием в нем комплекса биологически активных веществ при небольшой энергетической ценности. Физико-химические показатели обезжиренного молока представлены в табл. 1. Таблица 1 Физико-химические показатели обезжиренного молока Объект исследованияФизико-химические показатели КислотностьМассовая доля, %Плотность, г/см3 титруемая, °Тактивная, ед. рНбелкалактозыжира Обезжиренное молоко16-186,53,04,60,051,0325 Форма постановки эксперимента носила классический характер. Поскольку действие фермента зависит от ряда факторов, то проведено три серии эксперимента. Серия I - изучена зависимость степени гидролиза лактозы от концентрации фермента (%) и температуры процесса гидролиза (°С): эксперимент проводился в интервале температур от 10 до 50 °С, в течение 4 ч, при постоянном значении активной кислотности (6,60±0,05) ед. рН Серия II - исследована зависимость степени гидролиза лактозы от концентрации фермента (%) и продолжительности процесса (ч). Для определения влияния продолжительности процесса на степень гидролиза лактозы в пастеризованное и охлажденное до температуры (37±1) °С молоко вносился ферментный препарат с дозировкой от 0,02 до 0,10%. Серия III - определялась зависимость степени гидролиза лактозы от концентрации фермента (%) и активной кислотности (ед. рН ). Для изучения влияния активной кислотности на процесс гидролиза лактозы ферментом готовились образцы обезжиренного молока с показателями кислотности от 5,5 до 8,0 ед. рН. Для этого в молоко вносился 4N раствор КОН. В полученные образцы после пастеризации и охлаждения до температуры 37 °С вводился ферментный препарат в количестве 0,02-0,10 %. Массовую долю лактозы определяли йодометрическим методом по ГОСТ 29248-91, степень гидролиза - расчетным путем. Результаты и их обсуждение Основной задачей данного этапа экспериментальных исследований является достижение степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке не менее 50%. Серия I - количество вносимого фермента Ha-Lactase варьировалось: опыт 1 - 0,02 %; опыт 2 - 0,04 %; опыт 3 - 0,06 %; опыт 4 - 0,08 %; опыт 5 - 0,10 %. Полученные результаты представлены на рис. 1. Рис. 1. Зависимость степени гидролиза лактозы в обезжиренноммолоке от температуры и концентрации фермента Анализ экспериментальных данных, представленных на рис. 1,демонстрирует, что с увеличением температуры с 10 до 40 °С степень гидролиза лактозы возрастает и заметно снижается с дальнейшим ее повышением до 50 °С. Результаты исследований свидетельствуют о том, что оптимальным температурным режимом для гидролиза лактозы в обезжиренном молоке является интервал температур 37-38 °С. Уравнения регрессии (табл. 2) в виде полинома II степени с высоким уровнем адекватно отражают зависимость степени гидролиза лактозы от температуры процесса и концентрации фермента. Таблица 2 Регрессионный анализ зависимости гидролиза лактозы в обезжиренноммолоке от температуры и концентрации фермента Концентрация ферментаУравнения регрессииВеличина достоверности аппроксимации (R2) 0,1y = -6,5364x2 + 52,38x - 21,872R2 = 0,9979 0,08y = -5,4836x2 + 41,716x - 16,964R2 = 0,9936 0,06y = -4,8536x2 + 36,316x - 20,38R2 = 0,9907 0,04y = -5,1221x2 + 38,936x - 28,504R2 = 0,9688 0,02y = -3,8257x2 + 31,268x - 25,272R2 = 0,9671 Серия II - процесс гидролиза проводился при постоянном значении параметров: температура (37±1) °С, активная кислотность (6,60±0,05) ед. рН. Результаты, полученные в ходе эксперимента, представлены на рис. 2. Рис. 2.Зависимость степени гидролиза лактозы в обезжиренноммолоке от продолжительности процесса и концентрации фермента Уравнения регрессии, характеризующие достоверность полученных данных, приведены в табл. 3. Таблица 3 Регрессионный анализ зависимости гидролиза лактозы в обезжиренноммолоке от продолжительности процесса и концентрации фермента Концентрация ферментаУравнения регрессииВеличина достоверности аппроксимации (R2) 0,1y = -2,7862x2 + +27,126x + 23,993R2 = 0,9649 0,08y = -1,8196x2 + +19,246x + 19,164R2 = 0,9541 0,06y = -1,8311x2 + +19,248x + 9,472R2 = 0,9359 0,04y = -1,9495x2 + +20,61x + 2,707R2 = 0,9718 0,02y = -1,4673x2 + +15,994x + 3,549R2 = 0,9719 Анализируя изменение степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке в зависимости от продолжительности процесса и количества вносимого фермента,следует отметить, что интенсивность получения одного и того же показателя степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке выше в образцах, где концентрация фермента больше. То есть, регулируя продолжительность процесса и концентрацию фермента, можно обеспечить необходимую степень гидролиза лактозы, что играет важную роль при снижении себестоимости продукта. Серия III - процесс гидролиза осуществлялся при постоянном значении параметров: температура (37±1) °С, продолжительность 3 ч. Результаты исследований степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке в зависимости от активной кислотности среды и при различной концентрации фермента представлены на рис. 3. Рис. 3 Зависимость степени гидролиза лактозы в обезжиренном молокеот активной кислотности и концентрации фермента Уравнения регрессии на высоком уровне адекватно описывают экспериментальные данные, что позволяет прогнозировать процесс гидролиза лактозы как внутри экспериментального поля, так и вне его. Таким образом, на основании экспериментальных исследований и анализа полученных результатов установлены параметры процесса гидролиза лактозы обезжиренного молока-сырья в количестве не менее 50 % от ее первоначального содержания: - концентрация фермента Ha-Lactase 0,04 %; - температура процесса гидролиза (37±1) °С; - продолжительность процесса гидролиза лактозы (3,0±0,5) ч. Таблица 4 Регрессионный анализ зависимости гидролиза лактозы в обезжиренноммолоке от активной кислотности и концентрации фермента Концентрация ферментаУравнения регрессииВеличина достоверности аппроксимации (R2) 0,1y = -6,0332x2 + +45,652x - 4,76R2 = 0,9147 0,08y = -4,0673x2 + +33,083x - 4,047R2 = 0,9359 0,06y = 3,6125x2 + +29,639x - 5,84R2 = 0,9092 0,04y = -3,7118x2 + +30,507x - 11,614R2 = 0,9502

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гаврилова, Н.Б. Низколактозный кисломолочный напиток / Н.Б. Гаврилова, С.В. Мяло // Молочная промышленность. - 2005. - № 12. - С. 44.
2. Ефименко, А.В. Современные тенденции и развитие рынка молока и молочных продукции / А.В. Ефименко // Техника и технология пищевых производств. - 2011. - № 1. - С. 127-132.
3. Свириденко, Ю.Я. Продукты на основе ферментативного гидролиза лактозы и белков молочной сыворотки / Ю.Я. Свириденко // Переработка молока. - 2007. - № 1. - С. 56-57.
4. Бессонова, О.В. Исследование и разработка технологии низколактозного творожного продукта для детей школьного возраста: автореф. дис. ... канд. техн. наук / О.В. Бессонова. - Кемерово, 2009. - 20 с.