Оптимальные условия гидролиза лактозы молочной сыворотки для использования ее в производстве пива Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

При электродиализе сыворотки в камерах обессо-ливания установки образуется деминерализованная сыворотка, а в камеры концентрирования переходят катионы и анионы солей и другие вещества в ионно-молекулярном состоянии. Раствор выделенных минеральных солей сыворотки — побочный продукт при ее деминерализации. Этот раствор является продуктом с естественным набором жизненно важных минеральных соединений, но не находит практического применения и сбрасывается в канализацию, загрязняя окружающую среду.

Для организации безотходного процесса электро-диализного обессоливания молочной сыворотки и определения направлений использования ионномолекулярной фазы, образующейся при электродиализе, необходимо изучить ее минеральный состав. С этой целью творожную сыворотку, полученную на Ставропольском городском молочном заводе с показателями, соответствующими ОСТ— 10—02—02—3—87, подвергали деминерализации на промышленном модуле электродиализной установки ЭДУ-400Х2. После достижения степени деминерализации 80% получили раствор с массовой долей сухих веществ СВ 3%. Этот раствор сгущали до СВ 30% на вакуум-выпарной установке ВИГАНД, а затем сушили на распылительной сушилке АпЫс1го (Дания). Сушку проводили при параметрах: температура воздуха на входе 180° С, на выходе 85° С. После сушки получали порошок с содержанием влаги 4,87% белого цвета с желтым оттенком,

Таблица

Макроэлемент

Содержание, г/кг

Микроэлемент

Содержание, мг/кг

Натрий 224,117 Марганец 0,009

Калий 156,086 Медь 0,018

Кальций 99,1)44 Алюминий 2,640

Магний 1,648 Свинец 2,216

Фосфор 1,234 Кадмий не обнаруж.

Сера 2,584 Олово -»-

Кремний 1,322 Мышьяк

Никель 0,373

Железо 0,260

Цинк 0,158

солено-горьким вкусом и хорошо растворимый в воде при 20° С.

Минеральный состав определяли на эмиссионном спектрометре 1СР/ОЕ>Ь 3580 (фирма АИЬ, Швейцария). Для анализа готовили 10%-ный раствор порошка в бидистиллированной воде. Проба распылялась в плазме при 10000° С с последующим анализом спектров. Результаты анализа в пересчете на сухое вещество приведены в таблице.

Результаты показывают, что ионно-молекулярная фаза, полученная при электродиализе творожной сыворотки, обладает богатым минеральным составом. Этот полуфабрикат можно использовать при получении искусственных минеральных вод (типа сельтерской) и специальных электролитных напитков для работающих в жарких условиях или со значительными физическими усилиями (спортсмены, работники горячих цехов, геологи, туристы ИТ. д.). Для восстановления водно-солевого баланса в организме работающих в горячих цехах, например, используют для питья воду с добавкой поваренной соли. Однако в процессе потовыделения организм покидают не только ионы натрия и хлора, но и некоторые другие макро- и микроэлементы. Дефицит их в организме приводит к нежелательным последствиям. Учитывая богатый макро- и микроэлемент-ный состав исследуемого продукта, электролитные напитки на его основе позволят в значительной мере восполнить минеральные вещества, теряемые при интенсивном потоотделении. Возможно также, по аналогии с минеральными водами, использование этих напитков при лечении некоторых заболеваний. Для конкретизации областей применения целесообразны специальные медицинские исследования. При этом необходимо учесть, что минеральные компоненты получен 1,1 не химическим путем, а выделены из биологической жидкости.

1. Храмцов А. промиздат, 1990

ЛИТЕРАТУРА

Г. Молочная сыворотка.— М. —240 с.

Агро-

Кафедра технологии молока и молочных продуктов

Поступила 19.12.90

637.344.002.3:663.4

ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ГИДРОЛИЗА ЛАКТОЗЫ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИВА

Г. И. КОСМИНСКИЙ, Г. С. СОРОКИНА, Т. А. ЧБРЕМНОВА, В. В. ДОРОХОВ

Могилевский технологический институт Научно-производственное объединение «Биотехнология»

В последние годы в СССР и за рубежом усиливается тенденция приготовления пива с использованием повышенного количества несоложенного сырья, а также изыскание новых, нетрадиционных видов сырья, что'позволит снизить использование дорогостоящего солода [1, 2]. Таким нетрадиционным сырьем является молочная сыворотка. Ограничение применения ее в пивоварении обусловлено тем, что основной углевод сыворотки лактоза, составляющая 70% от сухих веществ СВ сыворотки, не сбраживается пивными дрожжами. Предварительный гидролиз лактозы, продуктами которого

являются сбраживаемые моносахара, позволяет в дальнейшем использовать молочную сыворотку в производстве пива.

Гидролиз лактозы осуществляется различными способами: тепловым, химическим или ферментативным. Первые два способа обладают существенными недостатками [3].

Широкое распространение получает способ гидролиза лактозы с помощью ферментов, расщепляющих гликозидные связи. Фермент р-галактозидаза катализирует гидролиз молочного сахара до глюкозы и галактозы.

В соответствии с источниками получения фер-ентов р-галактозидаза может быть бактериально-э, грибного или дрожжевого происхождения.

В работе [4] изучены основные свойства дрож-;евой |3-галактозидазы, выделенной из гриба Сиг-и1аг1а таециаИз. Исследовано действие препара-а на лактозу подсырной молочной сыворотки, ус-ановлены оптимальные условия гидролиза [5].

Мы изучали условия гидролиза лактозы творож-ой молочной сыворотки ферментным препаратом рибного происхождения — лактоканесцин Г20х с ктивностью (3-галактозидазы 1800 ед./г, синтези-ованным в лаборатории бактериальных фермент-ых препаратов НПО «Биотехнология». Исследо-ано влияние на степень гидролиза температуры t, Н среды, концентрации фермента, продолжитель-ости гидролиза т.

Использовали творожную молочную сыворотку содержанием СВ 6,8%, лактозы — 4,8 г/см, Н — 4,95, которую анализировали методами, приятыми в контроле молочного производства [6]. Степень ферментативного гидролиза лактозы опре-еляли криоскопическим методом [7].

Теоретическое обоснование криоскопического ме-ода следующее: раствор в отличие от чистой сидкости не отвердевает целиком при одной тем-ературе, а на протяжении некоторого интервала емператур. Это находит отражение в законе Рауля 8]. Температурой начала кристаллизации раствора азывается температура, при которой кристаллы астворителя находятся в равновесии с раствором энного кристалла. Разбавленный раствор замер-ает при более низкой температуре, чем чистый астворитель. Для характеристики температур за-:ерзания растворов существует величина понижения емпературы замерзания дГз, определяемая как азность между температурами замерзания чистого астворителя Тз и раствора Тъ

Д7"з = Тз—Тз-

(1)

Понижение температуры замерзания пропорцио-ально концентрации растворенного вещества в астворе

Д7’3 = кт, (2)

де £ — криоскопическая постоянная (для каждого растворителя является величиной постоянной); т — концентрация раствора, выраженная в молях растворенного вещества на 1 кг растворителя (моляльность раствора).

Особенностью разбавленного раствора лактозы вляется наличие непосредственной связи между тепенью гидролиза и понижением температуры амерзания раствора. .

Точку замерзания водного раствора неионоген-ых веществ на основании уравнения (2) можно пределить:

Тъ =

х

М

,86,

(3)

де

X

— — моляльность раствора;

1,86 — криоскопическая постоянная.

Так, точка замерзания раствора, включающего 0 г негидролизованной лактозы и 1 кг воды, на ос-овании уравнения (3) составит:

50

342

1,86 = -0,272° С,

де 342 — молекулярный вес лактозы.

При 100% гидролизе раствора, состоящего из 50 г

лактозы и 1 кг воды, из раствора ушли 2,64 г воды на реакцию:

лактоза + НгО глюкоза + галактоза

342 г 50 г

50-18

=2,64 г воды.

-18 г, ______

- х г, л ~ 342

Осталось: 1000—2,64=997,36 воды,

50 г + 2,64 г = 52,64 г.

При 100% гидролизе уравнение (3) запишется:

52,64 1000

180

1,86

-0,545° С, (4)

997,36

где 180 — молекулярный вес глюкозы.

Из уравнения (4) следует, что температура замерзания 5% раствора лактозы (модельный раствор молочной сыворотки) при 100% гидролизе равна —0,545° С.

Таким образом, разность температур негидролизованного раствора и раствора, в котором 5% лактозы перешли в глюкозу и галактозу, равна:

ДТЙ = - 0,272- (- 0,545) = + 0,273° С, т е. при разности температур 0,273° С гидролиз лактозы прошел на 100%, при меньшей разности температур — меньше 100%.

Температура замерзания молочной сыворотки, прошедшей 100% гидролиз, будет равна:

Тюо = -0,545 +(-0,270) = -0,815° С.

Понижение температуры замерзания на —0,270° С по сравнению с раствором лактозы связано с присутствием в сыворотке специфических компонентов, главным образом, минеральных веществ.

Температура замерзания молочной сыворотки негидролизованной будет равна:

То =(\ + ^2, (5)

где t\ — температура замерзания дистиллированной воды, ° С;

^2 — температура замерзания взятой для эксперимента молочной-сыворотки (показания термометра Бекмана) негидролизованной, ° С.

То = -3,850+(+3,340) = —0,510° С.

Затем по разности температур АТ между температурой замерзания сыворотки, прошедшей 100% гидролиз Тюо, и температурой замерзания негидролизованной сыворотки (0% гидролиза) То и по опытным показаниям температуры замерзания исследуемого образца to6 рассчитываем степень гидролиза исследуемого образца молочной сыворотки

и = —0,815—(—0,510) = -0,305° С,

-0,305—100%,

-и-ЮО

-0,305

°/

/о ■

Результаты показаны на рис. 1,2,3. Из рис. 1 следует, что при увеличении температуры / выше 50° С степень гидролиза лактозы снижается (концентрация фермента 0,04%, продолжительность гидролиза 6 ч), что свидетельствует об инактивации фермента. Оптимальной температурой гидролиза является 50° С.

С увеличением pH степень гидролиза увеличи-

Рис. 2

вается и достигает максимального значения при рН=5,0 (кривая 4), а затем с дальнейшим увеличением pH идет торможение реакции, и степень

гидролиза снижается (кривая 5). Таким образе оптимальное значение рН=5,0.

Как видно из рис. 2, с увеличением концентрац фермента до 0,03% степень гидролиза возраста а затем снижается, что можно объяснить инги( рованием реакции гидролиза лактозы продукта распада и синтезом три- и тетрасахаров.

Оптимальной концентрацией фермента след) считать 0,03% (рН=5,0; *“=50° С; т=6 ч).

Из рис. 3, на котором представлена кинети' ская кривая ферментативной реакции гидролк лактозы (рН=5,0; ^=50° С, концентрация фермек

0.03.), видно, что наиболее интенсивно гидрол протекает в первые 3 ч, а затем интенсивность ( снижается. Анализ кинетической кривой показ вает, что оптимальной продолжительностью гид] лиза можно считать 3 ч.

Используя для обработки полученной кинети' ской кривой исследуемой ферментативной реакц уравнение Михаэлиса-Ментен [9] и представив ] зультаты опыта в координатах Лайнуивера-Бер] получим:

Кт =0,8-10“2 мае. %; ут =0,868-10“2 жас. %о-с~\

где Кт — кажущаяся константа Михаэлиса;

Ут — максимальная скорость реакции. Полученные результаты согласуются с данн ми [5].

ВЫВОДЫ

1. Оптимальные условия гидролиза лактозы Т1 рожной молочной сыворотки ферментным препар том лактоканесцин Г20х: рН= 5,0; £ = 50° С, кс центрация фермента (р-галактозидазы) 0,03! продолжительность гидролиза 3 ч. В этих услови степень гидролиза лактозы достигает 65,6%.

2. Исследуемая ферментативная реакция опис вается уравнением Михаэлиса-Ментен. Определе константа Михаэлиса и максимальная скорос реакции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калунянц К. А., Гребникова Р. Аннол В. А. Ферментные препараты в пивова нии: Обзор, информ., сер. 5.—М.: 1973,—С. 48.

2. Тихомирова А. С. Успехи промышленно культивирования в СССР микроорганизмов — про, центов ферментов/Биохимия — народному хозяйству М.: Знание, 1977,—С. 48.

3. Храмцов А. Г., Чеботарева Н. Г., Вас лисина В. В., Тихомирова А. С.— Про водство гидролизованной молочной сыворотки.— 1 ЦНИИТЭИпищепром, 1982.— С. 3.

4. Фениксова Р. В. Получение препаратов бета лактозидазы из дрожжей//Прикл. биохим. и мик биол.— 1971.—7.— С. 131.

5. Тихомирова А. С., Баева В. С. Гидро.1 лактозы р-галактозидазой Curvulariaina.equali.sl/При биохим. и микробиол.— 1978.—14.— Вып. 2.— С. 2

6. Инихов Г. С., Брио Н. П. Методы анализа мо.

ка и молочных продуктов.— М.: Пищ. пром-с

1971,— С. 234.

7. Эверс П. А., Н е й п е л с X. X. Новый способ оп деления степени гидролиза лактозы в молоке и мол' ной сыворотке: Пер. с голландского М. 3. Герц' берга,—М.: 1978.—С. 5.

8. Киреев В. А. Курс физической химии.— М.: Хим 1975,—С. 353.

9. Б е р е з и н И. В., К л е с о в А. А. Практичесь курс химической и ферментативной кинетики.— I Изд-во МГУ, 1976,—С. 321.

Кафедра технологии пищевых производств

Кафедра химии Поступила 12.09