Analysis of the carbohydrate composition of low-lactose milk by high-performance liquid chromatography
Authors: Жижин Николай Анатольевич 
Published: March 2022

Молоко и продукты его переработки являются важным аспектом сбалансированного питания человека. Однако проблема непереносимости лактозы связанная с недостаточной выработкой фермента лактазы, актуальна во всем мире. По этой спрос на низколактозную продукцию достаточно постоянен, что в свою очередь приводит к расширению ее ассортимента. В настоящее время рынок молочной продукции, прошедшей технологический процесс ферментативного расщепления лактозы ежегодно наращивает темпы роста. Основным способом, применяемым для получения молока и молочной продукции с пониженным содержанием лактозы или полным ее отсутствием является внесение фермента бета-галактозидазы. Внесение ферментных препаратов в пищевую продукцию требует тщательного расчета, поскольку как недостаток, так и избыточное содержание бета-галактозидазы в продукте может приводить к нежелательным последствиям. Избыток содержания фермента лактазы согласно литературным данным влияет на процесс протекания протеолизаи как следствие влияет на сроки хранения низколактозной продукции. В то время как недостаток приведет к неполному гидролизу и повышению остаточного содержания лактозы в продукте. В связи с этим также актуально совершенствование методик для подтверждения «статуса» низколактозной продукции. Одним из наиболее широко используемых методов для количественной оценки углеводов является метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). В данной статье рассмотрены два хроматографических подхода для анализа углеводного состава молока с использованием катионообменной и аминофазной колонок, а также проведен их сравнительный анализ. Основываясь на полученных экспериментальных данных было выявлено, что использование хроматографической колонки с аминопропильной фазой позволяет разделять моно- и дисахариды молока и молочной продукции с более высоким разрешением (a>1), чем на катионообменной колонке. Также время проведения анализа с применением аминофазной колонки было сокращено с 30 до 15 мин. На основе выработанного подхода проведена проверка робастности, использованной хроматографической методики. Показана возможность использования данной методики для количественной оценки моно- и дисахаридов молока и молочной продукции с концентрацией определяемых компонентов менее 0,1 %.

Milk and its products are an important aspect of a balanced human diet. However, the problem of lactose intolerance associated with insufficient production of the lactase enzyme is relevant throughout the world. Therefore, the demand for low-lactose products is quite constant, which in turn leads to the expansion of its range. Currently, the market for dairy products that have undergone the technological process of enzymatic breakdown of lactose annually increases its growth rate. The main method used to obtain milk and dairy products with a reduced content of lactose or its complete absence is the introduction of the enzyme beta-galactosidase. The introduction of enzyme preparations into food products requires careful calculation, since both a deficiency and an excess of beta-galactosidase in a product can lead to undesirable consequences. An excess of the lactase enzyme content, according to the literature data, affects the process of proteolysis and, as a result, affects the shelf life of low-lactose products. While a deficiency will lead to incomplete hydrolysis and an increase in the residual lactose content in the product. In this regard, it is also important to improve methods for confirming the "status" of low-lactose products. One of the most widely used methods for quantifying carbohydrates is high performance liquid chromatography (HPLC). In this article, two chromatographic approaches for the analysis of the carbohydrate composition of milk using cation exchange and amino-phase columns are considered, and their comparative analysis is carried out. Based on the experimental data obtained, it was found that the use of a chromatographic column with an aminopropyl phase makes it possible to separate mono- and disaccharides of milk and dairy products with a higher resolution (a>1) than on a cation-exchange column. In addition, the time of analysis using an aminophase column was reduced from 30 to 15 minutes. Based on the developed approach, the robustness of the chromatographic technique used was tested. The possibility of using this technique for the quantitative assessment of mono- and disaccharides of milk and dairy products with the concentration of the determined components of less than 0.1 % is shown.