Анализ изменений физико-химических показателей молока при гидролизе лактозы

А.В. Крупин

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОЛОКА ПРИ ГИДРОЛИЗЕ ЛАКТОЗЫ

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.

Лактоза, ферментативный гидролиз, изменение углеводов, трансгликозилирование молока.

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 трансгликози-лирования (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 Ьайососсш ксЙБ БрЬ. 1асЙБ с геном дрожжей К. ксЙБ - на 39%, затем на 25% в случае гидролиза дрожжами К. ксЙБ и на 12% в образце, ферментированном экстракт из К. 1асЙ8. В дальнейшем темп падения массовой доли лактозы замедлялся, и, начиная с 8 часового интервала, переходил в зону, соответствующую показателю ошибки опыта (Я2>0,15), стадия процесса являлась заключительной.

Отметим, что в третьем варианте опытов с использованием Ьайососсш ксЙБ БрЬ. ксЙБ с геном дрожжей К. ШсИб глюкоза и галактоза накапливались практически в равных концентрациях (как и следовало ожидать, исходя из теоретического выхода), различия в темпе накопления являлись недостоверены-ми. 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)

«

8

X

о

Я

о

2

со

8

о

Н

б)

в)

0 2 4 6 8 40

Продолжительность процесса,

<ц

Я

<ц

§

13

<Ц

н

0 2 4 6 8 41 0

Продолжительность процесса,

Продолжительность процесса, ч

Рис. 1. Темп изменения углеводов при гидролизе лактозы (а - дрожжи К. 1асЙ8; б - экстракт из К. 1асЙ8; в - Ьайососсш 1асЙ8 8рЪ. 1асЙ8 с геном дрожжей К. 1асЙ8): 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 реак-

ч

ч

ционноспособной. Показано, что изменение массовой доли продуктов трансгликозилирования имело линейную зависимость на всем участке процесса ферментации.

В случае использования дрожжей К. 1асЙ8 после десяти часов ферментации относительное содержание глюкозы, галактозы и продуктов трансгликозилиро-вания составляло 32, 22 и 11%; экстракт из К. 1асЙ8 позволяет получить относительное содержание углеводов 30, 22 и 14%; а Ьайососсш ксЙБ БрЪ. ксЙБ с геном дрожжей К. 1асЙ8 позволяет получить в относительном содержании 36% глюкозы, 34% галактозы и 7% продуктов трансгликозилирования.

Как показано в работах некоторых авторов, • -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

Олигосахарид Относительное содержание, % после продолжительности ферментации, ч

дрожжи K. lactis экстракт из K. lactis Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis

4 б 8 4 б 8 4 б 8

Gal* (i3)Glc 2,05 2,29 2,79 3,i5 3,25 4,23 0,72 i ,б5 i,98

Gal* (i4)Glc i,57 2,0б 2,48 3,ii 3,i8 3,49 0,б4 i,37 1,68

Gal* (1*6)G1c 0,43 0,49 0,57 0,70 0,5б 0,б8 0,44 0,59 0,85

Gal* (i^Gal 0,i4 0,20 0,29 0,42 0,23 0,48 0,i5 0,33 0,4i

Сумма не-идентифицированных олигосахаридов 0,8i i ,9б 2,87 0,б8 0,78 2,40 0,05 0,0б 0,08

ПРИМЕЧАНИЕ. Массовая доля Gal* (1*3)Glc, Gal* (1*4)Glc, Gal* (1*6)Glc и Gal* (1"6)Gal составляла в контрольном образце 0,51; 0,45; 0,29 и 0,10%.

Представленные в таблице результаты свидетельствуют о том, что * -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 Gal* (1*3)Glc, затем следовали дисахариды Gal* (14)Glc, Gal* (1*6)Glc и Gal* (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

Препарат Массовая доля органических кислот в пересчете на молочную кислоту, мг/100 г

4 8 i2

Дрожжи K. lactis 3±0,0б 49±2,42 75±З,74

Экстракт из K. lactis 5±0,i5 8±0,04 14±0,67

Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis 8±0,4З б9±3,43 i08±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 К. 1асЙ8, наибольший - в случае ферментации ЬаЛососсш 1асЙ8 БрЪ. 1асЙ8 с геном дрожжей К. 1асЙ8. 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.

1

Рис. 2. Хроматографический профиль органических кислот в молоке с гидролизованной лактозой (а - дрожжи К. 1асЙ8; б - экстракт из К. 1асЙ8; в - Ьайососсш 1асЙ8 8рЪ. 1асЙ8 с геном дрожжей К. 1асЙ8) по вариантам: 1 - молочная кислота; 2 - муравьиная кислота; 2 а, 3, 9 - неидентифициро-ванные 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 ЬайососсиБ 1асЙБ БрЪ. 1асЙБ с геном дрожжей К. 1асЙБ, пики других органических кислот не являются значительными, за исключением яблочной кислоты, которая является промежуточным продуктом при биотрансформации углеводов в молочную кислоту.

Дрожжевой препарат К. 1асЙБ позволял получить более широкий спектр органических кислот, еще в большей степени отмечено расширение спектра органических кислот при ферментации экстрактом из К. 1асЙБ (табл. 3).

Таблица 3

Количественный состав идентифицированных органических кислот в молоке с гидролизованной лактозой

Олигосаха- рид Массовая доля, мг/100 г, после продолжительности ферментации, ч

дрожжи K. lactis экстракт из K. lactis Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей K. lactis

4 В i2 4 В i2 4 В i2

Молочная кислота 2,i2 35,7 б7,2 3,55 4,93 i0,3 б б,20 50,3 i 79,30

Муравьиная кислота - 3,б8 i ,7В 2,0б 0,05 0,09 2,37

Щавелевая 0,0i 0,0В i ,27 0,02 0,0б 0,07 - - -

кислота

Винная кислота - - 0,03 - - 0,02 - - -

Янтарная кислота 0,05 0,09

Яблочная кислота 0,34 0,40 0,4б 0,02 0,0б i ,05 В,9б 20,ii

Уксусная кислота 0,03 0,07 i ,02 0,0i 0,04 0,05 - - -

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 К1иуегошусеБ 1асЙБ;

- дрожжевой экстракт из К1иуегошусеБ 1асЙБ;

- Ьа^ососсиБ 1асЙБ БрЪ. 1асЙБ с геном дрожжей К1иуеготусеБ 1асЙБ.

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 * -галактозидазой на биохимическую активность бифидобактерий: В кн. «XXI Международный конгресс по молочному делу. Краткие сообщения» / И.С. Хамагаева, А.С. Тихомирова, А.К. Куликова. - М., 1982. - Т. 1. - Кн. 2. - 370 с.

ООО ХК «СДС-Алко» 650066, Россия, г. Кемерово, пр. Октябрьский, 53/2.

Тел./факс (3842) 390012, Email: krav@sds-aiko.ru

SUMMARY

A.V. Krupin

The analysis of changes of physical and chemical indicators of milk at lactose hydrolysis

OOO HC «SDS-Alko» , Prospectus Oktabrskii, 53/2, Kemerovo, Russia, 650066 Tel/Fax (3842) 390012, E-mail: krav@sds-alko.ru

Process of a fermentation of components of milk in connection with possibility their use in technology of dairy drinks is studied. Are investigated qualitative harakte-ristiki lactose fermentations, changes of carbohydrates in milk are established. It is chosen spo-sob processings of dairy carbohydrates in connection with its use in technology of dairy drinks. The quantitative structure of organic acids in process fer-mentativnogo lactose hydrolysis is in detail studied.

Lactose, enzyme hydrolysis, change of carbohydrates, transglizing milk.