Характеристика ферментных препаратов для низколактозных продуктов

Значительная часть взрослого населения мира (почти 75%) не может переваривать лактозу из-за генетической недостаточности фермента лактазы (β-галактозидазы). Активность лактазы наиболее высока в младенчестве и снижается после отлучения от груди у большинства млекопитающих, включая большинство людей. Уровни β-галактозидазы у взрослых млекопитающих составляют только 1/10 от младенческого возраста. Отмечено, что распространенность дефицита лактазы у взрослых людей сильно различается между расами. В качестве примера: у жителей Северной Европы от 5 до 15% встречается непереносимость лактозы, а среди африканцев и азиатов более 70% испытывают дефицит этого фермента. Если лактоза переваривается не полностью, она может ферментироваться бактериями толстой кишки, появляются такие симптомы пищеварительной системы, как метеоризм, диарея, рвота, боли в кишечнике. На современном этапе в отечественной и зарубежной практике проводятся исследования и внедряются в производство продукты для потребителей с проблемами усвоения молочного сахара, среди них - низко- и безлактозные молочные продукты.

В рамках технологического процесса лактозу можно гидролизовать двумя способами

Лактоза может быть гидролизована химическим путем (кислотный гидролиз) или с помощью ферментов. По сравнению с химическим гидролизом, ферментный гидролиз имеет несколько преимуществ:

• отсутствие побочных продуктов;

• отсутствие разложения соединений в молочных продуктах;

• отсутствие дополнительных неприятных привкусов, запахов и цветов;

• возможность управлять процессом ферментации;

• возможность инактивировать фермент тепловой обработкой в рамках применяемых температурных режимов пастеризации.

Кроме того, молоко, обработанное ферментом, сохраняет свою первоначальную пищевую ценность, особенно потому, что глюкоза и галактоза не удаляются. Более того, по сравнению с лактозой, моносахариды, образующиеся при гидролизе лактозы, ферментируются легче, и это приводит к сокращению времени от добавления закваски до получения желаемого низкого pH в некоторых кисломолочных продуктах, таких как творог и йогурты. Кроме того, глюкоза и галактоза значительно увеличивают сладость продуктов (около 50%), что приводит к снижению его калорийности. В пищевой промышленности гидролиз лактозы применяется не только для производства низко- и безлактозных продуктов, но также используется для уменьшения кристаллизации лактозы при производстве мороженого и сгущенного молока, в переработке молочной сыворотки. Поэтому использование ферментов для гидролиза лактозы очень важно в пищевых и экологических целях. В 1970-х гг. были получены первые коммерческие ферментные препараты β-галактозидазы и с этого периода проводятся исследования по использованию гидролиза лактозы в производстве с начала продуктов детского и лечебного питания, а с начала 21 века для широкого круга потребителей.

Наибольший коммерческий потенциал имеют ферменты, полученные из грибов и дрожжей

β-галактозидаза (лактаза) - фермент из класса гидролаз, подкласса гликозил-гидролаз. Она широко распространена во многих биологических системах, например, микроорганизмы, ткани растений и животных. В настоящее время микроорганизмы становятся важным источником для производства коммерческих препаратов ферментов лактазы, которые предполагают ряд преимуществ, таких как простота переработки, высокая продуктивность, что приводит к снижению затрат, высокая активность, легкость ферментации и высокая стабильность, чем другие. β-галактозидаза встречается у множества микроорганизмов, включая дрожжи, грибы, бактерии и актиномицеты. β-галактозидазы, используемые в промышленных масштабах для производства пищевых продуктов, должны иметь статус GRAS (Generally Regarded as Safe) – должны быть признаны безвредными. Наибольший коммерческий потенциал имеют ферменты, полученные из грибов (Aspergillus oryzae и Aspergillus niger) и дрожжей (Kluyveromyces lactis и Kluyveromyces fragilis).

В зависимости от источника происхождения фермент обладает разными свойствами

На активность β-галактозидазы может влиять несколько факторов, включая температуру, pH, давление, концентрацию реагентов и присутствие ионов металлов. Кроме того, в зависимости от источника фермента (растительный, животный или микробиальный) β-галактозидаза может проявлять разные свойства с множеством потенциальных технологических применений. Выбор подходящего происхождения ферментного препарата лактазы зависит от режимов процесса гидролиза лактозы (температура, продолжительность, pH).

На кафедре технологии и биотехнологии продуктов питания животного происхождения ФГБОУ ВО МГУПП авторами проводятся исследования по изучению свойств коммерческих ферментов лактазы. Для ферментативного гидролиза лактозы в кисломолочном продукте были проведены исследования коммерческих препаратов лактазы и был выбран фермент «Максилакт-2000», изготовляемый из К. lасtis, производящийся компанией DSМ. В результате эксперимента, отмечено, что оптимальные режимы для достижения степени гидролиза лактозы до 90%:

• продолжительность процесса гидролиза составляет (4,0±0,5) ч;

• температура (37±2) °С;

• концентрация фермента - (0,16±0,02) % (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Влияние температуры гидролиза и дозы фермента на степень гидролиза

Рис. 2. Влияние времени гидролиза и дозы фермента на степень гидролиза

β-галактозидаза – один из важных ферментов, используемых в пищевой промышленности. Дальнейшие исследования этого фермента помогут решить проблемы, связанные с пищевыми продуктами и позволяют более эффективно использовать ее во промышленных процессах при производстве низко- и безлактозных продуктов, в том числе кисломолочных.

Источник: Современная биотехнология: актуальные вопросы, инновации и достижения : Сборник тезисов Всероссийской с международным участием онлайн-конференции, Кемерово, 21 октября 2020 года / Под общей редакцией А.Ю. Просекова. – Кемерово: Кемеровский государственный университет, 2020. – С. 159-160.