CC BY
198
УДК 637.146
Н.Б. Гаврилова, Д.С. Рябкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА ЛАКТОЗЫ ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА-СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЫРНОГО ПРОДУКТА
В статье приведены результаты исследований процесса гидролиза лактозы в обезжиренном молоке-сырье, используемом при производстве сырного продукта.
Лактоза, гидролиз, обезжиренное молоко, фермент.
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 р-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 р-галактозидаз дрожжевого происхождения имеют более высокую термостабильность и температурные оптимумы (60-65 °С), в отличие от Р-галактозидаз грибкового происхождения (30-35 °С), они и более устойчивы к изменениям активной кислотности среды, чем дрожжевые, - 6,0-7,2. Недостатком р-галактозидаз грибкового происхождения является наличие примесей активных протеиназ, необходимость тщательной очистки от афлотоксинов и аллергенов. Последние недостатки в меньшей степени относятся к р-галактозидазам дрожжей. Обычно в молочной промышленности для гидролиза лактозы в молоке и сладкой сыворотке применяют нейтральную Р-галактозидазу преимущественно из дрожжей вида Kluveromyceslactis и Saccharomyceslactis, а для гидролиза лактозы в кислых средах применяют р-галактозидазу из грибов вида Aspergillusniger и As-pergillusoryzae [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 р-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 Р-галактозидазы (лактазы), произведенного путем ферментации отобранного штамма дрожжей Kluyveromyces йа§іШ, 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 ^Шл.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
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 ак-
Объект исследования Физико-химические показатели
Кислотность Массовая доля, % Плот- ность, г/см3
титруемая, °Т активная, ед. рН белка лактозы жира
Обезжиренное молоко 16-18 6,5 3,0 4,6 0,05 1,0325
тивной 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 На-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 обез-жиренноммолоке 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 фермента Уравнения регрессии Величина достоверности аппроксимации (Я2)
0,1 у = -6,5364х2 + 52,38x - 21,872 К2 = 0,9979
0,08 у = -5,4836х2 + 41,716х - 16,964 К2 = 0,9936
0,06 у = -4,8536х2 + 36,316х - 20,38 К2 = 0,9907
0,04 у = -5,1221х2 + 38,936х - 28,504 К2 = 0,9688
0,02 у = -3,8257х2 + 31,268х - 25,272 К2 = 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.
-Є-0,02% -В-0,04% -Д-0,06% —X- 0,08% -ж-0,10%
1 2 3 4 5 24
Продолжительность гидролиза,ч
Рис. 2.Зависимость степени гидролиза лактозы в обез-жиренноммолоке 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 фермента Уравнения регрессии Величина достоверности аппроксимации ^2)
0,1 у = -2,7862х2 + +27,126х + 23,993 К2 = 0,9649
0,08 у = -1,8196х2 + +19,246х + 19,164 К2 = 0,9541
0,06 у = -1,8311х2 + +19,248х + 9,472 К2 = 0,9359
0,04 у = -1,9495х2 + +20,61х + 2,707 К2 = 0,9718
0,02 у = -1,4673х2 + +15,994х + 3,549 К2 = 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.
- 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
0,02%
0,04%
-0,06%
0,08%
0,10%
6,0 6,б 7,0 7,б
Активная кислотность, ед. рН
5,5
8,0
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 %;
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.
ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет», 644008, Россия, г. Омск, Институтская пл., 2.
Тел./факс: (3812) 65-11-46 е-mail: adm@omgau.ru
SUMMARY N.B. Gavrilova, D.S. Ryabkova
LACTOSE HYDROLYSIS OF SKIM MILK AS A RAW MATERIAL FOR CHEESE PRODUCT MANUFACTURE
The results of researches on lactose hydrolysis in skim milk used as a raw material for cheese product manufacture are given in the article.
Lactose, hydrolysis, skim milk, enzyme.
Omsk state agrarian university, 644008, Russian Federation, Omsk city, Institutskaya sq.2.
Tel./fax:(3812) 65-11-46 е-mail: adm@omgau.ru
Концентрация фермента Уравнения регрессии Величина достоверности аппроксимации (R2)
0,1 y = -6,0332x2 + +45,652x - 4,76 R2 = 0,9147
0,08 y = -4,0673x2 + +33,083x - 4,047 R2 = 0,9359
0,06 y = 3,6125x2 + +29,639x - 5,84 R2 = 0,9092
0,04 y = -3,7118x2 + +30,507x - 11,614 R2 = 0,9502
0,02 y = -3,5907x2 + +29,93x - 13,644 R2 = 0,9473
