Производство продуктов лечебного питания с применением биокатализаторов - ферментов

Однако иммобилизация лактазы не использовалась в промышленной практике для производства безлактозного молока достаточно долгое время из-за проблем с микробиологической стабильностью конечного продукта. Пакетный процесс (предварительный гидролиз) заключается в том, что в периодическом процессе образец нейтральной лактазы добавляют в резервуар с сырым или термизированным молоком и, как правило, инкубируют в течение около 24 ч при медленном перемешивании для предотвращения образования сливок. Поскольку молоко на этой стадии еще не стерильно, этот процесс должен выполняться в охлажденных условиях (обычно 4-8°C), чтобы предотвратить рост микроорганизмов. После этой инкубации молоко пастеризуют, гомогенизируют и упаковывают (рис. 2). Рисунок 2 - Схематическое представление периодического (слева) и асептического (справа) процессов, которые используются для производства безлактозного молока[19]Также некоторые производители ультрапастеризованного молока используют пакетный процесс, хотя в последние годы асептический процесс стал гораздо более популярным для этого сегмента рынка. Поскольку фермент инактивируется во время пастеризации / стерилизации молока, остаточная активность фермента не наблюдается в конечном продукте когда молоко производится с помощью периодического процесса.При использовании периодического процесса производства безлактозного молока важно учитывать ряд аспектов. Дозировка фермента должна быть достаточной для достижения необходимой границы в течение ограниченного времени и низкой температуры инкубации. Поэтому дозировка фермента относительно высока. Ферменты, доступные для этого процесса, выбираются с учетом их активности при нейтральном рН и низкой температуре. Лактаза с более высокой удельной активностью в этих условиях (например,Maxilact® Smart) может помочь сократить время производства и, следовательно, увеличить пропускную способность при производстве. Молочный продукт, полученный с помощью периодического процесса, относительно нечувствителен к возможным побочным активностям в ферментере. Хотя в прошлом некоторые препараты лактазы проявляли протеолитическую побочную активность, эти проблемы удалось устранить в последнее время.Поскольку гидролиз лактозы приводит к усилению сладкого вкуса молока, были разработаны процессы удаления части лактозы с использованием методов хроматографии или (ультра- и нано) фильтрации в сочетании с гидролизом оставшейся лактозы, чтобы восстановить вкус. Полученное безлактозное молоко, полученное с помощью этого процесса, имеет хорошее качество, а вкус почти идентичен обычному молоку. В асептическом процессе молоко сначала стерилизуют, после чего непосредственно перед упаковкой в молоко вводят стерильный препарат лактазы. Конверсия лактозы в молоке происходит в молочной упаковке. Поскольку ультрапастеризованное молоко часто находится в карантине в течение 3 дней при температуре окружающей среды, этого достаточно для полного гидролиза, прежде чем молоко будет отправлено на продажу. Поскольку для пастеризованного молока нет карантинного периода, асептический процесс не используется для этого типа безлактозного молока.При использовании асептического процесса производства безлактозного молока важно учитывать ряд аспектов. Дозировка фермента может быть намного ниже по сравнению с периодическим процессом, так как время инкубации и температура выше. Однако контроль процесса отсутствует, поскольку фермент активен только в ужеупакованном молоке. Асептический процесс требует специального оборудования и затрат на расходные материалы, требуются высококвалифицированные операторы для предотвращения микробного загрязнения молока во время инъекции лактазы. Асептический процесс производства безлактозного ультрапастеризованного молока может быть полностью разработан только после значительного улучшения качества ферментов лактазы. Помимо удаления протеолитической побочной активности, было также обнаружено, что побочная активность арилсульфатазы в препарате может привести к серьезным лекарственным запахам во время хранения из-за образования п-крезола из сульфированного крезола, который естественным образом присутствует в молоке. Производитель безлактозного ультрапастеризованного молока должен рассмотреть возможность использования только высококачественных лактаз для этого процесса, чтобы предотвратить проблемы в течение срока годности. Гидролиз лактозы в молоке приводит к увеличению присутствия моносахаридов, поэтому реакция Майяра более эффективна. Ограниченный протеолиз протеазами, присутствующими в молоке или поступающими из препарата лактазы, может усилить реакцию. Это приводит к повышенному образованию посторонних привкусов, потемнению безлактозного молока по сравнению с обычным молоком и снижению питательной ценности при хранении при повышенных температурах. Повышенная реакция Майяра, вероятно, является наиболее важным фактором сокращения срока годности безлактозного ультрапастеризованного молока по сравнению с обычным ультрапастеризованным молоком. ВыводыВ настоящее время ферментативный гидролиз и ферментативные процессы для производства лечебных продуктов питания предпочтительнее химических из-за экологически чистой природы, эффективного управления процессом, высокого выхода, низких затрат на переработку и безопасности процесса. Ферменты, которые позволяют получить лечебные продукты с улучшенными свойствами - это глюкоамилазы, протеазы, лактазы, липазы, глюкозооксидазы, аспарагиназы.По сравнению с растительными и животными ферментами микробные ферменты легко производить в промышленных масштабах. Микробные ферменты могут быть легко модифицированы с помощью различных молекулярных и биохимических подходов. Гиперпродукция микробных ферментов с высокой удельной активностью может быть достигнута путем сверхэкспрессии их генов. Многие ферменты микробного происхождения до сих пор не изучены, и существует много возможностей для поиска более широкого промышленного применения микробных ферментов, особенно в пищевой промышленности для производства лечебного питания.ЛитератураSchäfer T. Enzymes for technical applications/ T. Schäfer, O. Kirk, T.V. Borchert // In: Fahnestock S.R., Steinbüchel SR, editors. Biopolymers. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. - 2002. - P. 377–437.Bommarius A.S. Biocatalysis: Fundamentals and Applications / A.S. Bommarius, B.R. Riebel // Weinheim, Germany: Wiley-VCH. -2004Vieceli J. Computer-assisted design of industrial enzymes: the resurgence of rational design and in silico mutagenesis / J. Vieceli, J. Müllegger, A. Tehrani // Industrial Biotechnology. - 2006. - 2(4). - P. 303–330D’Amico S. Activity-stability relationships in extremophilic enzymes / S.D’Amico, J-C. Marx, C. Gerday, G. Feller // The Journal of Biological Chemistry. - 2003. - 278(10). - P. 7891–7899Coutinho P.M., Reilly P.J. Glucoamylase structural, functional and evolutionary relationships /P.M.Coutinho, P.J. Reilly // Proteins. 1997. - 29(3). - P. 334–347. Singh R. Microbial protease in commercial applications / R. Singh, A. Mittal, M. Kumar, P.K. Mehta // J Pharm Chem Biol Sci. - 2016. - 4(3). - 365–74Li Q. Commercial proteases: Present and future / Q. Li, L. Yi, P. Marek, B.L. Iverson // FEBS Lett. - 2013 . –V. 17. – P. 587Patel N.S. Ecallantide for treatment of acute attacks of acquired C1 esterase inhibitor deficiency / N.S. Patel, S.M. Fung, A. Zanichelli, M. Cicardi, J.R. Cohn // Allergy Asthma Proc. – 2013. - 34(1). – P. 72–77. Deng L. Improvement of functional properties of wheat gluten using acid protease from Aspergillus usamii / L. Deng, Z. Wang, S. Yang, J. Song, F. Que, H. Zhang // PLoS One. – 2016. - V. 11:e0160101. 10.1371/journal.pone.0160101Damhus T. [Электронный ресурс] Novozymes A/S /T. Damhus, S. Kaasgaard, H.S. Olsen // Bagsvaerd, Denmark. - 2013. [ссылка]: https://mycourses.aalto.fi/pluginfile.php/102056/mod_folder/content/0/Enzymes_at_work.pdf?forcedownload=1.Panesar P.S. Potential applications of immobilized β-galactosidase in food processing industrie / P.S. Panesar, S. Kumari, R. Panesar // Enzyme Res. 2010;2010:473137. 10.4061/2010/473137Jurado E. A new kinetic model proposed for enzymatic hydrolysis of lactose by a β-galactosidase from Kluyveromyces fragilis /E. Jurado, F. Camacho, G. Luzón, J.M. Vicaria // Enzyme Microb Technol. – 2002. – V. 31. – P. 300–309Wołosowska S. Thermostable β-glucosidase with a broad substrate specificity suitable for processing of lactose-containing products / S. Wołosowska, J. Synowiecki // Food Chem. – 2004. – 85. – P. 181Müller D. Studies on the new enzyme glucose oxidase / D. Müller // I. Biochem Z. – 1928. – V. 199. – P. 136–170.Mikhailova R.V. Effect of culture conditions on extracellular glucose oxidase production by Penicillium adametzii strain BIM-90 /R.V. Mikhailova, Zh.F. Shishko, M.I. Yasenko, A.G. Lobanok // Mikol Fitopatol. – 2000. - V. 34. - P. 48–53.Hanft F. Studies on the effect of glucose oxidase in bread making. / F. Hanft, P. Koehler // J Sci Food Agric.- 2006. - V. 86. – P. 1699–1704. Mohan Kumar N.S. Reduction of acrylamide formation in sweet bread with L-asparaginase treatment / N.S.Mohan Kumar, C.A.Shimray, D.Indrani, H.K. Manonmani //Food Bioprocess Technol. – 2014. – V. 7. – P. 741–748. Rai S. Gluten-Free Products for Celiac Susceptible People / S. Rai, A. Kaur, C. S. Chopra // Frontiers in Nutrition .–2018. - V. 5. Dekker P.J.T. Lactose-Free Dairy Products: Market Developments, Production, Nutrition and Health Benefits / P.J.T. Dekker // Nutrients. - 2019. – V. 11. – P. 551