Способ получения концентрата галактоолигосахаридов (варианты)

Способ получения концентрата галактоолигосахаридов (варианты)

Реферат

Изобретение относится к технологии продуктов функционального питания и может быть использовано для получения концентрата галактоолигосахаридов на основе раствора молочного сахара и пермеата (ультрафильтрата) молочной сыворотки.

Известен способ получения галактоолигосахаридов в сгущенной молочной сыворотке различных видов (ТУ 922930-007-02069473-99), предусматривающий следующие операции: отделение жира и казеиновой пыли, отваривание сывороточных белков при температуре 90-95°С с выдержкой не менее 5 минут; сгущение до массовой доли сухих веществ 60-65%; ферментация сыворотки β-галактозидазой Kluyveromyces lactis; инактивация фермента выдержкой при 95°С в течение 5 минут; охлаждение до 6-8°С; фасовка. Недостатком данного способа является низкий выход олигосахаридов и необходимость использования кислот и щелочей для достижения оптимального уровня pH перед ферментацией, что приводит к дополнительной минерализации готового продукта.

В США запатентован способ получения галактоолигосахаридов в концентрированных растворах лактозы с помощью грибной β-галактозидазы при высокой температуре (US Patent №4957860). Способ предусматривает приготовление 70-80%-ного раствора лактозы к кипящей бане, охлаждение его до 62-75°С, внесение β-галактозидазы из Aspergillus oryzae, ферментацию в течение 4 часов, инактивацию фермента при 90°С в течение 20 минут. К недостаткам данного способа относится необходимость регулирования pH до низких значений, большой расход лактозы на приготовление раствора и дополнительные энергозатраты при ферментации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сиропа галактоолигосахаридов (Патент РФ №2155232), предусматривающий приготовление водного раствора лактозы с концентрацией 40-70% при 100-108°С, введение минеральной кислоты, например соляной, в количестве 0,01-0,12 г/моль на 1 кг раствора лактозы, выдерживание полученной смеси в течение 20-120 мин при указанной температуре для образования галактоолигосахаридов, охлаждение сиропа и его нейтрализацию щелочным агентом до достижения pH 4,5-6,5. Данный способ обеспечивает высокий выход галактоолигосахаридов, однако требует для своего исполнения использования концентрированных кислот и высокой температуры.

Преимуществом заявляемого способа по сравнению с прототипом является использование для синтеза галактоолигосахаридов ферментного препарата β-галактозидазы, что исключает образование побочных продуктов реакции и окисление присутствующих в реакционной смеси углеводов. Техническим результатом является исключение использования минеральных кислот для синтеза галактоолигосахаридов, благодаря применению безреагентного метода регулирования pH раствора. За счет использования этого метода обеспечивается снижение себестоимости продукта (так как исключается использование дополнительных реагентов - кислот и щелочей для регулирования pH, кроме того, нет необходимости в операции деминерализации готового продукта), а также экологическая безопасность производства. Необходимый технический результат достигается следующим образом: регулирование pH проводится методом электрохимической активации до значения, оптимального для проявления β-галактозидазой трансгалактозилирующей активности.

Способ заключается в следующем.

При использовании в качестве сырья раствора лактозы молочный сахар рафинированный или пищевой растворяют в электроактивированной воде со значением pH 6,5±0,5 до получения раствора 22±2%-ной концентрации. Далее в гомогенный раствор вносят препарат дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы. Ферментация проводится при следующих условиях: температура 41±2,5°С, pH 6,5±0,5, доза фермента 2 л на 1 т раствора, продолжительность 2,5±0,5 ч. После ферментации раствор, содержащий галактоолигосахариды, сгущают до массовой доли сухих веществ 60%. Для инактивации фермента в конце сгущения температуру поднимают до 70°С. Далее концентрат охлаждают и фасуют.

Способ с использованием в качестве сырья пермеата молочной сыворотки включает следующие операции: приемка молочной сыворотки, подогрев ее до 40°С и сепарирование, ультрафильтрация, сбор пермеата, сгущение его до содержания сухих веществ 22±2%, электроактивация пермеата до значения pH 6,5±0,5, внесение препарата дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы, ферментация при температуре 50±2°С в течение 1,5±0,5 ч. После ферментации последовательность операций такая же, как при производстве концентрата из раствора лактозы.

Содержание сухих веществ в исходном растворе устанавливается на уровне 22±2%, поскольку в случае пермеата более концентрированный раствор вызывает затруднение процесса электроактивации, а в случае раствора лактозы при температуре 41±2,5°С получение гомогенного раствора большей концентрации невозможно. При меньшем содержании сухих веществ в растворе проведение процесса нецелесообразно, т.к. при низких концентрациях лактозы фермент β-галактозидаза проявляет преимущественно гидролитическую активность, и галактоолигосахариды образуются в меньших количествах. Выбор температуры процесса обусловлен тем, что более низкие температуры не позволяют получить гомогенный раствор лактозы необходимой концентрации, более высокие температуры приводят к термоинактивации фермента. Опытным путем установлено, что как при повышении, так и при снижении уровня pH происходит уменьшение трансгалактозилирующей активности фермента, следовательно, и выхода галактоолигосахаридов. Выбор продолжительности процесса обусловлен тем, что при меньшем времени термостатирования фермент не проявляет достаточную активность, а при увеличении времени выдержки происходит смещение активности β-галактозидазы в сторону образования продуктов гидролиза лактозы, следовательно, выход галактоолигосахаридов снижается.

Пример 1. Проводят электроактивацию воды до значения pH анолита 6,0, нагревают его до 80-85°С. Берут 220 г молочного сахара-рафинада и готовят 1 л раствора лактозы в электроактивированной воде. Раствор охлаждают до 38,5°С и вносят 2 мл препарата дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы. Смесь термостатируют при 38,5°С в течение 2,5 ч. После ферментации раствор, содержащий галактоолигосахариды, сгущают до массовой доли сухих веществ 60%. Для инактивации фермента в конце сгущения температуру поднимают до 70°С. Степень конверсии лактозы в данном случае составляет 55%.

Пример 2. Проводят электроактивацию воды до значения pH анолита 7,0, нагревают его до 80-85°С. Берут 220 г молочного сахара-рафинада и готовят 1 л раствора лактозы в электроактивированной воде. Раствор охлаждают до 43,5°С и вносят 2 мл препарата дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы. Смесь термостатируют при 43,5°С в течение 2,5 ч. После ферментации раствор, содержащий галактоолигосахариды, сгущают до массовой доли сухих веществ 60%. Для инактивации фермента в конце сгущения температуру поднимают до 70°С. Степень конверсии лактозы в данном случае составляет 82%.

Пример 3. Молочную сыворотку принимают по массе и качеству. Сыворотка должна быть обезжирена и очищена от казеиновой пыли сепарированием. Ультрафильтрация проводится при 55°С, полученный пермеат сгущают на вакуум-выпарной установке при температуре 55-60°С до массовой доли сухих веществ 20%. Пермеат обрабатывают в электроактивационной установке до получения кислой фракции со значением pH 6,0. Ферментация проводится с препаратом дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы при 48°С в течение 90 мин. После ферментации смесь сгущают до массовой доли сухих веществ 60%, для инактивации фермента в конце сгущения температуру поднимают до 70°С. Степень конверсии лактозы в данном случае составляет 51%.

Пример 4. Молочную сыворотку принимают по массе и качеству. Сыворотка должна быть обезжирена и очищена от казеиновой пыли сепарированием. Ультрафильтрация проводится при 55°С, полученный пермеат сгущают на вакуум-выпарной установке при температуре 55-60°С до массовой доли сухих веществ 20%. Пермеат обрабатывают в электроактивационной установке до получения кислой фракции со значением pH 7,0. Ферментация проводится с препаратом дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы при 52°С в течение 90 мин. После ферментации смесь сгущают до массовой доли сухих веществ 60%, для инактивации фермента в конце сгущения температуру поднимают до 70°С. Степень конверсии лактозы в данном случае составляет 80%.

1. Способ получения концентрата галактоолигосахаридов из раствора лактозы, предусматривающий приготовление воды с оптимальным значением pH, растворение в ней лактозы, внесение препарата дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы, ферментацию при оптимальных условиях, сгущение, инактивацию фермента, охлаждение сиропа, отличающийся тем, что для приготовления воды с оптимальным значением pH используется метод электроактивации, при этом параметры процесса следующие: массовая доля сухих веществ в исходном растворе лактозы 22±2%, pH воды 6,5±0,5, температура 41±2,5°С, продолжительность ферментации 2,5±0,5 ч.

2. Способ получения концентрата галактоолигосахаридов из пермеата молочной сыворотки, предусматривающий сгущение пермеата, установление оптимального уровня pH, внесение препарата дрожжевой или бактериальной β-галактозидазы, ферментацию при оптимальных условиях, сгущение, инактивацию фермента, охлаждение сиропа, отличающийся тем, что установление оптимального уровня pH проводится методом электроактивации, при этом параметры процесса следующие: массовая доля сухих веществ в сгущенном пермеате 22±2%, pH пермеата 6,5±0,5, температура 50±2°С, продолжительность ферментации 1,5±0,5 ч.