CC BY
41УДК 637.136.5/.142.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ В-ГАЛАКТО-ЗИДАЗЫ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА НА ГИДРОЛИЗ ЛАКТОЗЫ МОЛОКА
Калинина Е. Д., кандидат технических наук, доцент;
Гаврилов А. В., кандидат технических наук, доцент;
Филонов Р. А., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»
В работе представлены исследования влияния количества ферментных препаратов [в-галактозидазы GODO-YNL2 и Neolactase и продолжительности процесса проведения гидролиза лактозы молока на степень гидролиза.
Рекомендованы препараты для проведения ферментативного гидролиза лактозы молока.
Ключевые слова: лактоза, лактаза, лактазная недостаточность, [в-галак-тозидаза, ферментативный гидролиз.
STUDY OF INFLUENCE OF ß-GALACTOSIDASE MASS FRACTION AND IMPACT DURATION AT MILK LACTOSE HYDROLYSIS
Kalinina E. D., Candidate of Agricultural Science, Associate Professor; Gavrilov A. V., Candidate of Engineerings Science, Associate Professor; Filonov R. A., Candidate of Agricultural Science, Associate Professor; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»
The paper presents the investigation result of ß-galactosidases GODO-YNL2 and Neolactase enzyme drags quantity influence and milk lactose hydrolysis process duration at the lactose hydrolysis degree.
investigated drugs are recommended for milk lactose enzymatic hydrolysis.
Key words: lactose, lactase, lactase deficiency, ß-galactosidase, enzymatic hydrolysi.
Введение. Согласно статистическим данным не менее 10% населения России исключают из своей диеты молоко и молокопродукты или значительно сокращают их потребление в связи с выраженной непереносимостью молочного сахара - лактозы [1].
Эта проблема также остра и за рубежом. Для ее преодоления в Финляндии, США, Канаде и странах Азии вырабатывается в основном цельномолочная без-лактозная или низколактозная продукция для людей, интолерантных к лактозе.
В России кроме низколактозной цельномолочной продукции и детского питания разработаны новые технологии сгущенных молочных консервов с сахаром «Юбилейное» и «Сластена предусматривающие проведение гидролиза
лактозы под каталитическим действием ферментных препаратов содержащих Р-галактозидазу [2]. Ферментативная гидролитическая деградация лактозы приводит к образованию глюкозы и галактозы, за счет чего молоко приобретает сладкий вкус, что позволяет значительно снизить концентрацию сахарозы в молочных продуктах с сахаром.
В настоящее время в производстве низко- и безлактозных молокопродук-тов все более широкое применение находят ферментные препараты на основе плесневых грибов и дрожжей [3].
К ним относятся коммерческие препараты GODO-YNL2 и Neolactase, полученные из культуральных жидкостей дрожжей Kluyveromyces lactis и плесневых грибов Aspergillu soryzae.
Декларируемый производителем рН оптимум для ферментного препарата GODO-YNL2 - 6,6±0,1, что соответствует естественному значению активной кислотности свежего молока. В отличии от GODO-YNL2 декларируемое оптимальное значение рН оптимума препарата Neolactase сдвинуто в кислую сторону и находится на уровне 4,5. Это особенность данного ферментного препарата может вызывать затруднения процесса гидролиза лактозы молока при естественных значениях рН и требует экспериментальной оценки [4].
Таким образом, цель настоящей работы состояла в сравнительной оценке эффективности гидролиза лактозы свежего молока ферментными препаратами GODO-YNL2 и Neolactase, имеющими различные значения рН оптимума.
Для достижения поставленной цели в работе рассматривались следующие задачи:
- оценить химический состав принятого к исследованиям молока;
- получить экспериментальные зависимости степени гидролиза лактозы сырья от массовой доли введенного ферментного препарата и продолжительности процесса при различных температурах;
- провести сравнительную оценку эффективности применения кислого и нейтрального ферментного препарата лактозы для гидролиза молочного сахара свежего молока.
Материал и методы исследований. В экспериментальной части работы, в качестве основных видов сырья и материалов использовали молоко питьевое по ГОСТ 31450-2013, ферментные препараты GODO-YNL2 активностью 5000 НЛЕ/см3 рожевого происхождения, производства компании «Gоdо Shusei Company Limited» (Япония) и Neolactase грибкового происхождения и активностью 5000 НЛЕ/см3.
Химический состав молока характеризовали по массовой доле жира, белка, сухому обезжирен-ному молочному остатку, которые определяли стандартными методами. Кроме того в сырье определяли массовую долю лактозы, глюкозы и галактозы методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием жидкостного хроматографа SCL-6A фирмы «Shimadzu» (колонка НРХ - 87 Р, Вю-Rad, 30 х 0,78 см).
Степень гидролиза лактозы определяли криоскопическим методом, измеряя температуру точки замерзания молока на разных этапах процесса на ми-лиосмометре - криоскопе термоэлектрическом МТ - 5-0,2 (Россия), используя расчетную формулу:
где То - температура точки замерзания молока после гидролиза лактозы, °С;
Тк - температура точки замерзания молока до гидролиза лактозы, °С;
Т - температура точки замерзания молока при 100%-ом гидролизе лактозы.
В свою очередь значение Т рассчитывалась по формуле:
где М - массовая доля лактозы в молоке до гидролиза, г/кг;
1,86 - константа для растворителя (вода);
342 - молярная масса лактозы, г.
В эксперименте, для формирования фермент-субстратных систем в молоко разогретое до температуры 43...45 °С и охлажденное до 4...6 °С вносили от 0,01 до 0,05% от массы сырья того или иного ферментного препарата с шагом 0,01%. Полученные смеси немедленно направляли на инкубирование в водяном ультратермостате при температуре 48.50 и 4.6 °С. Значения температуры фер-менолиза, при которых проводили инкубирование фермент-субстратных были приняты с целью предотвращения возможного развития молочнокислой микрофлоры. В процессе инкубирования реакционную смесь перемешивали каждые 2 часа в течение 5.10 мин. Продолжительность ферментативного гидролиза при температурах 48.50 °С составляла 5 часов, а при температуре 4.6 °С - 24 часа.
Периодически отбираемые для анализа гидролизованную смесь направляли на инактивацию фермента нагреванием при температуре 75.80 °С с последующим быстрым охлаждением до комнатной температуры.
Результаты и обсуждение. Из результатов исследования химического состава сырья (таблица 1.) следует, что принятое в исследованиях молоко соответствует требованиям стандарта. Количество лактозы, глюкозы и галактозы находятся на уровне характерном для данного вида продукта.
Таблица 1. Химический состав принятого в исследованиях молока
Показатель Значение
Массовая доля белка, % 3,16
Массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), % 8,20
Массовая доля жира, % 3,31
Содержание лактозы, мг/100г 4500,00
Содержание галактозы, мг/100г 22,73
Содержание глюкозы, мг/100 г 22,81
Экспериментальные кривые, описывающие динамику процесса гидролиза лактозы молока ферментными препаратами GODO-YNL2 и №о1ас^е представлены на рисунках 1 и 2.
а) б)
Рис. 1. Влияние массовой доли ферментного препарата Neolactase на степень гидролиза лактозы при температурах: а) 48...50 °С; б) 4...6 °С.
а) б)
Рис. 2. Влияние массовой доли ферментного препарата GODO-YNL2 на степень гидролиза лактозы при температурах: а) 43.45 °С; б) 4.6 °С.
Из анализа экспериментальных данных (рис. 1 и 2) по влиянию массовой доли вносимых ферментных препаратов на степень гидролиза лактозы в молоке, можно заключить, что увеличение количества вносимого ферментного препарата приводит к ускорению гидролиза лактозы.
Так, например, через 1,5...2,0 часа после внесения 0,01% лактазы (препарат GODO-YNL2, активностью 5000 НЛЕ/см3), при температуре 43.45 °С
степень гидролиза составляет 39,2±2,0%, при массовой доли препарата 0,04% - 56,4±2,8%.
Отмечена зависимость: чем длительнее процесс гидролиза лактозы, тем меньшую массовую долю препарата можно внести. Так, при внесении 0,01% лактазы (препарат GODO-YNL2, активностью 5000 НЛЕ/см3), при температуре 4.6 °С и продолжительности 20.22 часа степень гидролиза - 72±3,6%, через 1,5.2 часа - 73,5±3,6%. При внесении препарата Neolactase, при тех же условиях, степень гидролиза - 54±2,7%, через 1,5-2 часа - 55±2,7%.
Для оптимизации процесса важно сократить расход фермента без какого-либо отрицательного влияния на качество. Повышенное количество препарата не несет должного эффекта, при этом степень гидролиза повышается незначительно, и нецелесообразно, так как это приводит к повышению себестоимости продукта.
Применение препарата Neolactase в услових рН свежего молока также достаточно эффективно, но равная с ферментным препаратом GODO-YNL2 степень гидролиза лактозы достигается с большими затратами.
Выводы. Из представленных экспериментальных данных следует, что степень гидролиза зависит от температуры, массовой доли вносимого препарата, и от продолжительности процесса.
Завышенное количество препарата не несет должного эффекта, при этом степень гидролиза повышается незначительно, и нецелесообразно, так как это приводит к повышению себестоимости продукта.
Установлено, что ферментный препарат препарата Neolactase проявляет высокую гидролитическую активность в отношении лактозы даже при значении рН характерного для свежего молока.
Отмечена зависимость: чем длительнее процесс гидролиза лактозы, тем меньшую массовую долю препарата можно внести. Для оптимизации процесса и экономии ферментного препарата важно было сократить расход фермента без какого-либо отрицательного влияния на качество.
Список использованных источников:
1. http://www.cureresearch.cOm/l/ lactose_mtolerance/stats-country.htm.
2. Михайлова Н. И. Гидролиз лактозы. - Москва: Переработка молока, 2003. - 11 с.
3. Шидловская В. П. Ферменты молока. - М.: Агропромиздат, 1985. - 152 с.
4. Синицын А. П. Технологические свойства Р-галактозидазы. - Москва: Молочная промышленность, 2001. - 55 с.
References:
1. http://www.cureresearch.c0m/l/ lactose_intolerance/stats-country.htm.
2. Mihaylova N. I. Hyrolysis of lactose. - Moscow: Processing of milk, 2003. - 11 p.
3. Shidlovskaya V. P. Enzymes milk. - M .: Agropromizdat, 1985. - 152 p.
4. Sinitsyn A. P. Technological properties of P-galactosidase. - Moscow: Dairy Industry, 2001. - 55 p.
Сведения об авторах:
Калинина Елена Дмитриевна -кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kalinina-elena@ mail.ua, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
Гаврилов Александр Викторович -кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», заместитель декана факультета механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Академии биоресурсов и природопользования по учебной работе, е-mail: tehfac@ mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
Филонов Роман Александрович -кандидат сельскохозяйственных наук Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: roman_filonov@rambler.ru, 295492, п. Аграрное, ул. Спортивная д. 10, кв. 7А, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
Information about the authors:
Kalinina Elena Dmitrivna - Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor, Associate Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kalinina-elena@ mail.ua, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe, street Science, h. 2/211.
Gavrilov Alexander Viktorovich -Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor, Associate Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», deputy of dean of faculty of mechanization of production and technology of processing of agricultural produce of the Academy of Life and Environmental Sciences, e-mail: tehfac@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal Uni-versity» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.
Filonov Roman Aleksandrovich -Candidate of Agricultural Science, Academy of Life and Environmental Science for scientific work of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Ver-nadsky Crimean Federal University, e-mail: roman_filonov@rambler.ru, Acade-my of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal Univer-sity» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe, street Sportivny, h. 10-7A.
