DE2151534B2 - Verfahren zum herstellen von diaetetischer milch und milcherzeugnissen mit vermindertem lactosegehalt - Google Patents

Description

Häufig kann es vorteilhaft sein, Milch und MUcherzeugnisse herzustellen, deren Lactose teilweise zu Glucose und Galactose hydrolysiert wurde. So ergibt lieh für diätetische Zwecke eine bessere Verträglichkeit und die Verwendung von hydrolysierter Milch in Tierdiätnahrung führt zu Wachstums- und Ernährungsvorteilen.

Auch ist es schwierig, auf einen Feststoffgehalt von über 30% konzentrierte Milch haltbar zu machen, da ein Teil der Lactose auskristallisiert und zu einem koagulierenden Protein führt. Dies kann sich auch bei der Herstellung von Speiseeis nachteilig auswirken.

Um solche Nachteile zu überwinden, hat man beispielsweise die Hydrolyse von Lactose bei hohen Temperaturen, die Behandlung mit Ionenaustauscherharzen und die Zugabe von Riboflavin versucht.

Dabei wird jedoch beim ersten Verfahren eine Proteinausfällung bewirkt, beim zweiten Verfahren verändert sich das natürliche Sakglcichgewieht der Milch und das dritte Verfahren vermeidet zwar die Ausfällung von der Lactose, benutzt jedoch ein sehr teures Additiv und löst diätetische Probleme nicht.

Demzufolge wurde besonderer Wert auf die enzymatische Hydrolyse gelegt. Die Verwendung von Enzymen in Lösung fand breite Anwendung, jedoch verleiht die Zugabe der leicht zugänglichen Enzyme der Milch einen unangenehmen Geschmack. Weiterhin muß nach Ablauf der Behandlung das Enzym inaktivgemacht werden und verbleibt als denaturiertes Enzym in der Milch. Weiterhin benötigt das Verfahren eine sehr große Menge von Enzymen (2 bis 4%, bezogen auf das Gewicht der Lactose in Abhängigkeit von der Aktivität des Enzyms), wodurch die Verfahrenskosten erheblich beeinflußt werden. Darüberhinaus ergeben sich bei der Anwendung dieses Verfahrens mikrobiologische Schwierigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein billiges und technisch interessantes Verfahren zur Spaltung der in Milch und Milchderivaten enthaltenen Lactose zur Verfügung zu stellen, das ohne Zusatz von Fremdstoffen arbeitet.

Es wurde nun gefunden, daß dies durch Anwendung eines Enzyms erreicht werden kann, das gemäß dem in der italienischen Patentschrift 8 36 462 beschriebenen Verfahren in Fasern eingeschlossen ist.

Nach dem Verfahren der italienischen Patentschrift 8 36 462 ist es in wirtschaftlicher und einfacher Weise möglich, faserartige Strukturen zu erhalten, die Enzyme in dauerhafter beständiger Weise umhüllen. Diese faserartigen Strukturen werden dadurch erhalten, daß man eine Emulsion aus einer wäßrigen Lösung eines Enzyms und aus einer Lösung eines polymeren Materials in einem organischen Lösungsmittel verspinnt und das organischen Lösungsmittel verspinnt und das organische Lösungsmittel in einem Koagulationsbad oder durch Verdampfen entfernt.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Herstellen von diätetischer Milch und Milcherzeugnissen mit vermindertem Lactosegehalt unter Verwendung eines gemäß des aus der italienischen Patentschrift 8 36 462 bekannten Verfahrens in Fasern eingeo schlossenen Enzyms, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Milch oder die Milcherzeugnisse mit in Fasern eingeschlossener /5-Galactosidase behandelt wird.

Wenn die genannten Fasern in einer Kolonne angeordnet werden, kann das Produkt in kontinuierlicher

is Weise, die leicht zu automatisieren ist, behandelt werden. Der ununterbrochene Betrieb vereinfacht die bakteriologischen Probleme erheblich, da es möglich ist, Vorsichtmaßnahmen zu ergreifen, die mit anderen Verfahren nicht durchzuführen sind. So können beispielsweise die Fasern mit einem geeigneten Waschmittel gewaschen werden und die Waschflüssigkeit kann mit einem Bakterizid versetzt werden, um die Fasern, die Leitungen und die verwendeten Gefäße zu desinfizieren. Als Bakterizide ergeben quaternäre Am-

»5 moniumsalze sehr gute Ergebnisse, da viele dieser Materialien keine schädliche Wirkung auf die umhüllten Enzyme ausüben. Weiterhin vereinigen manche dieser Materialien eine bakterizide Wirkung mit einer Waschwirkung und diese Tatsache ist wegen der bakteriziden Wirkung der genannten quaternären Ammoniumsalze, die durch organische Reste stark gehindert sind, sehr wichtig.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Tatsache, daß in der Milch kein Additiv verbleibt, was der Fall ist, wenn die Hydrolyse mit Hilfe löslicher Enzyme durchgeführt wird. Demzufolge ist es nicht erforderlich, ein Erhitzungsverfahren durchzuführen, uin das Enzym zu denaturisieren und es ergibt sich in der behandelten Milch kein unangenehmer Geruch.

Der Hauptvorteil liegt darin, daß man ein derartiges umhülltes Enzym über lange Zeit verwenden kann, wodurch man eine sehr große Menge des Materials ohne wesentlichen Abfall der hydrolytischen Aktivität des Enzyms behandeln kann. Eine Probe der Enzym-Faser behielt ihre Aktivität während 60Tagen, während denen Zyklen der Hydrolyse der Lactose der Milch durchgeführt wurden, bei.
Die gleiche Menge der in einer Glaskolonne angeordneten Enzym-Faser hydrolysierte die Lactose der Milch ohne Aktivitätsabfall während länger als einem Monat.

Das Verfahren zum Umhüllen der Enzyme erlaubt weiterhin, Fasern herzustellen, die eine unterschiedliehe Aktivität aufweisen, wodurch es möglich ist, die Kontaktzeit zwischen dem zu behandelnden Material und dem Enzymträgermaterial zu verkürzen. Die erfindungsgemäße Behandlung kann mit Milch als colcher (Vollmilch), mit teilweise entrahmter Milch

(Magermilch) oder mit konzentrierter Milch erfolgen. Das Verfahren kann auch auf Molke angewandt werden.

Die Faser kann durch Cellulosesubstanzen, wie Celluloseacetat, oder durch ein synthetisches PoIy-

merisat oder Mischpolymerisat, wie Polyamid, Polyacrylnitril, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyvinylester, Polyvinylbutyral u. dgl. gebildet werden.

Sehr gute Ergebnisse erhält man, wenn man Cellulosetriacetat einsetzt.

Das unlösliche Enzym kann wie folgt hergestellt werden: 24,6 g Cellulosetriacetat wurden unter Rühren in 260 g Methylenchlorid in einem Reaktionsgefäß gelöst.

Andererseits wurde die Enzymlösung hergestellt: 1,43 g ß-Galactosidase wurden in eine Glycerin/Wasser-Mischung (20/80 Volumen/Volumen) gelöst, wobei man das Endvolumen auf 50 ml brachte. Die Lösung wurde in einer gekühlten Zentrifuge (-1O⁰C) zentrifugiert.

Aus der klaren Lösung wurden 32 ml entnommen und zu der Polymerisatlösung gegeben. Die Emulsion der Phasen erfolgte durch heftiges Rühren während 30 min bei 0⁰C. Mann wurde das Material in eine Spinnvorrichtung bei 6° C eingegossen und unter Stickstoffdruck versponnen. Die Faser wurde in Toluol bei Raumtemperatur ausgefällt und auf einer Haspel aufgewickelt. Die Faser wurde dann im Vakuum über Nacht zur Entfernung des Toluols getrocknet.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern.

Beispiel 1

Es wurde eine Kolonne mit einem inneren Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 400 mm verwendet. Diese Kolonne wurde mit 50 g der wie vorstehend erhaltenen Enzymfaser gefüllt, wobei die Faser statistisch angeordnet und gepreßt wurde, um das ganze Kolonnenvolumen auszufüllen. Die Kolonne wurde dann mit einem thermostatischen Mantel, der mit Wasser mit einer Temperatur von 25° C bespült wurde, versehen.

Mit Hilfe einer Meßpumpe wurde Milch (Lactosegehalt 4,9%; Lipoidgehalt 1,1%) aus einem Gefäß, indem sie bei +4° C gehalten wurde, entnommen. Die Milch wurde durch einen Wärmeaustauscher, indem ihre Temperatur auf 25°C erhöht wurde, geführt, zum Unterteil der Kolonne gebracht, durch die Enzymfaser getrieben und aus dem Oberteil der Kolonne über einen Austauscher, in dem die Temperatur der Mischung +4°C erniedrigt wurde, geleitel.. Die Pumpen wurden so reguliert, daß sich ein Fluß von 150 ml/h ergab. Die bei dem Betrieb austretende Milch zeigte einen um 53 % hydrolysierten Lactosegehalt.

Beispiel 2

Unter Anwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens wurde die Kolonne mit Milch beschickt, wobei die Fließgeschwindigkeit Q variiert wurde. Der Grad der Hydrolyse der Lactose der austretenden Milch wurde dann bestimmt. Es wurden die im folgenden angegebenen experimentellen Werte erzielt:

Durchfluß ' Hydrolysiert

(Q) ml/h Lactose %

150

300

600

1200

3200

53,00

28.00

18,20

9.20

2.50

Beispiel 3

Diese Untersuchung wurde durchgeführt, indem die gleicher. 50 g des Enzymfilaments, die in der gleichen Kolonne wie in Beispiel 1 beschrieben angeordnet waren, verwendete. 380 ml Milch (Lactosegehalt 4,95%; Lipoidgehalt 1,1 %) wurden mehrfach über die Enzymfaser geführt und der Hydrolysegrad der Lactose wurde im Verlaufe der Zeit in Funktion des Durchflusses (0 bestimmt. Die Arbeitstemperatur wurde bei 25° C gehalten. Die erhaltenen experimentellen Werte waren die folgenden.

Hydrolysierte Lactose % Zeit Q = 800 ml/h Q = 3200 ml/h

30 min

45 min

60 min

90 min
120 min
150 min
180 min
210 min
240 min

Unter Anwendung der in der gleichen Kolonne angeordneten gleichen 50 g Enzymfasern wurde der Einfluß der Temperatur uaf die Verfahrensergebnisse unteisucnt. 380 ml Milch wurden wiederholt über die Enzymfaser geführt, wobei der Hydrolysegrad nach 1 h bestimmt wurde. Die Pumpe wurde bei einem Durchfluß von 320 ml/h betrieben, währenddem die Arbeitstemperatur verändert wurde.

Hydrolysierte Lactose % Temperatur nach 1 h

11,80	10,80
21,50	19,10
25,70	23,60
33,70	35,00
41,00	44,50
47,00	50,20
52,50	55,00
59,00	63,00
63,50	67,00
Beispiel 4

15°C

35⁰C

17.45 22.80 29,54

Beispiel 5

Es wurden wiederum die gleichen 50 g Enzymfasern, die in der gleichen Glaskolonne angeordnet waren, verwendet. Durch diese Kolonne wurden 380 ml teilweise entrahmte Milch (Lipoidgehalt 1,1 %) wiederholt geführt. Der Hydrolysegrad wurde in Funktion der

Zeit bestimmt. Der Pumpenfluß und die Betriebstemperatur wurden konstant gehalten. Die experimentellen Werte zeigen die Veränderung des Hydrolysegrades der Lactose mit der Zeit.

Zeit

Hydrolysierte Lactose %

1 h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h

20,60 36,30 47,20 56,20 62,40 73,40 79,40 88,00

Beispiel 6

Unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wurden 50 g einer Enzymfaser hergestellt, die 75 mg ß-Galactosidase pro Gramm enthielt. Die Faser wurde in statistischer Weise in einer Glaskolonne mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 400 rr.m angeordnet.

Eine teilweise entrahmte Milch (Lipoidgehalt 1,1%; Lactosegehalt 4,8 %) wurde mit einem Durchsatz von IiO ml/h bei einer Temperatur von 25° C in die Kolonne eingeführt. Die Analyse der aus der Kolonne austretenden Milch zeigte einen Hydrolysegrad der Lactose von £1,4%.

Beispiel 7

Das Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei die Kolonne mit Vollmilch (3,5% Lipoidgehalt und 4,85% Lactosegehalt) beschickt wurde. Die Lactosehydiolyse betrug

Beispiel 8

Das Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei die Kolonne mit Magermilch (Lipoidgehalt 0,3%; Lactosegehalt 5,10%) beschickt wurde. Die Lactose der Milch wurde zu 78% hydrolysiert.

Beispiel 9

Das Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei die Kolonne mit Molke (Lactosegehalt 4,9%) bei einem pH-Wert von 6,7 beschickt wurde. Die Lactose der Molke wurde zu 72% hydrolysiert.

Beispiel 10

Gemäß dem vorstehend angegebenen Verfahren wurden 50 g Enzymfasern hergestellt, die 75 mr ß-Glactosidase enthielten. Bei der Herstellung der Emulsion wurde ein Verhältnis der Wasserphase (Volumen/ ml) zu trockenem Polymerisat (Gewicht/g) von 1,6 verwendet. Die poröseren Fasern wurden in einer Kolonne mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Höhe von 250 mm angeordnet. Die Kolonne wurde dann mit Milch (Lipoidgehalt 1,1 %) mit einem Durchsatz von Q — 300 ml/h beschickt, während die Kolonne auf 25° C thermostatisiert wurde. Die aus der Kolonne austretende Milch zeigte einen zu 66% hydrolysierten Lactosegehalt.

Beispiel 11

2 g Enzymfasern wurden mit 50 ml teilweise entrahmter Milch in einem 150 ml-Kolben in Berührung 45 Zeit

gebracht. Der Ko'ben wurde, währenddem er auf 25° C

thermostatisiert wurde, auf einem Schüttelbad gehalten. Nach 4 h wurde die Milch von den Fasern abgetrennt und die bakteriologische Belastung und der Prozentsatz der hydrtlysierten Lactose wurden bestimmt.

Die gut gepreßten Enzymfasern wurden gut mit einer geeigneten Lösung aus einem Waschmittel und einem Bakterizid gewaschen. Nach dem Pressen und Trocknen zwischen Filterpapierblättern wurden die Fasern erneut unter den gleichen Bedingungen verwendet. Daraufhin wurden erneut Arbeitszyklen durchgeführt und der Grad der Lactosehydrolyse und die bakteriologische Belastung der behandelten Milch nach Ablauf jedes Zyklus bestimmt. Es wurden verschiedene quaternäre Ammoniumsalze gemäß dem angegebenen Verfahren untersucht, um ihre Wirkung auf das Enzym und die Mikroorganismen zu bestimmen. Materialien dieser Art sind im Handel erhältlich, wie z. B. Alkyldimethylbenzylammoniumchloride, N-(3,6-Diaza-octadecyl)-glycin usw. Andere antibakterielle Mittel, wie Phenol, Wasserstoffperoxyd, Hypochlorid, Jodoform und Antibiotika wurden ebenfalls verwendet. Die

so besten Ergebnisse erhielt man unter Anwendung der quaternären Ammoniumsalze.

Während des obenangegebenen ansatzweisen Verfahrens wurde die enzymatische Aktivität bestimmt. Es konnten 80 Hydrolysezyklen für die Lactose von

as Milch mit der gleichen Enzymfascr-Probe durchführt werden, wobei die Aktivität konstant blieb.

Beispiel 12

Es wurde eine Kolonne (Durchmesser 25 mm, Höhe 400 mm) und 50 g wie beschrieben erhaltene Enzymfasern, die mehrere Tage verwendet wurden, eingesetzt. Nach der Verwendung wurde die Faser jeweils mit einer wäßrigen Lösung, die 0.25% quaternäres Ammoniumsalz enthielt, bei Raumtemperatur gewaschen. Nachdem die Waschflüssigkeit entfernt worden war, wurden 500 ml Milch in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Der Pumpendurchsatz betrug 500 ml/h und die Arbeitstemperatur 25°C. Nach gewissen Zeitdauern wurden der Hydrolysegrad und die bakteriologische Belastung der behandelten Milch bestimmt. Die erhaltenen experimentellen Daten waren die folgenden:

hydrolysierte
Lactose %

Mikroorganismen pro ml

60 min
95 min
120 min

18,8
28,4
33,6

120 000
170 000
300 000

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von diätetischer Milch und Milcherzeugnissen mit vermindertem Lactosegehalt unter Verwendung eines gemäß des aus der italienischen. Patentschrift 8 36 462 bekannten Verfahrens in Fasern eingeschlossenen Enzyms, dadurch gekennzeichnet, daß die Milch oder die Milcherzeugnisse mit in Fasern eingeschlossener ß-Galactosidase behandelt wird.