DK155489B - Fremgangsmaade til enzymatisk spaltning af lactose i maelkeholdige produkter - Google Patents

Description

DK 155489 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til enzymatisk spaltning af lactose i mælkeholdige produkter til anvendelse ved fremstilling af nydelsesmidler, specielt spiseis, eller dyrefoder.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at man behand-5 ler det lactoseholdige materiale med’ β-gala'ctosidase inkorporeret i en fiber.

Enzymet kan genvindes ved afslutningen af den enzymatiske behandling. Det er meget fordelagtigt at opnå mælk og mælkeprodukter, hvori lactoseindholdet er partielt hydrolyseret til glucose og galactose. Sådanne produkter tåles bedre og vil kunne udvide forbrugerkredsen for de nydelsesmidler som fremstilles 10 ud fra mælkeprodukterne. Indføring af den hydrolyserede mælk i dyreernæring medfører væsentlige fordele med hensyn til vægtforøgelse og ernæring af disse.

2 DK 155489 B

Endvidere er der meget betydningsfulde teknologiske fordele ved en sådan lactosespaltning. Når mælken koncentreres til et tørstofindhold større end 30 %,er det vanskeligt at opbevare dersom, følge af at krystallisation af en del af lac-tosen medfører _proteinkoagulation. Den samme ulempe mødes i spiseisindustrien, 5 hvor det ikke er muligt at anvende mælk med stort tørstofindhold som følge af en udkrystallisation af lactose,der er vanskelig atter at opløse.

Der har været forslået nogle metoder til at afhjælpe disse ulemper, f.eks. hydrolyse af lactose ved høje temperaturer, behandling med ionbytterharpikser og tilsætning af riboflavin.

1 0 Den første af disse metoder medfører proteinkoagulation, den anden ændrer mælkens naturlige saltbalance, og den tredje giver ganske vist mulighed for undgåelse af Jactoseudfældelse,men den anvender en meget kostbar tilsætning og løser ikke de dietetiske problemer.

Derfor har man forsøgt tilsætning af. hydrolyserende enzymer. Anvendelse af 15 enzymer i opløsning har fundet stor udbredelse, men tilsætning af de enzymer der er kommercielt tilgængelige giver mælken en ubehagelig smag. Endvidere er det nødvendigt efter at enzymets indvirkning er afsluttet at gøre dette inaktivt, og det forbliver i mælken som et denatureret enzym. Herudover kræver processen meget store mængder enzymer (2-4 % i forhold til lactosevægten, afhængigt af enzymets akti-20 vitet), hvilket i væsentligt grad påvirker omkostningerne.

En anden faktor der begrænser anvendelsen af denne metode er de komplikationer i mikrobiologisk henseende der medføres af en således udført hydrolyseproces .

Det er ved opfindelsen tilsigtet at tilvejebringe en billig og en industriel 25 anvendelig fremgangsmåde til spaltning af lactose i mælk og mælkeprodukter til anvendelse ved fremstilling af nydelsesmidler eller dyrefoder, hvilken fremgangsmåde er fri for de nævnte ulemper.

Det tilsigtede opnås ved ifølge opfindelsen at anvende et enzym inkorporeret i fibrer f.eks. fremstillet ifølge italiensk patent nr. 836.462 indleveret den 30 26. juni 1968.

Ved en sådan fremgangsmåde er det økonomisk og på enkelt måde muligt at opnå en filamentstruktur,der indhylder enzymet på fast og varig måde.

Når de nævnte fibre anbringes i en kolonne kån produktet behandles på kontinuerlig måde, hvilket letter automatisk drift. Den uafbrudte arbejdsgang forenkler 35 i høj grad de bakteriologiske problemer som følge af at den muliggør anvendelse af foranstaltninger der ikke kan anvendes ved andre metoder.

Fibrene kan af og til vaskes med et passende vaskemiddel. Vaskevæsken kan tilsættes et baktericid til disinfektion af filamenterne, rørledningerne og anvend-

DK 155489 B

3 te beholdere.

Blandt bakterie ide me er der opnået gode resultater med kvatemære ammoniumsa 1te,da mange af disse ikke har nogen skadelig virkning på det indhyldede enzym.

5 Endvidere har nogle af de kvaternære ammoniumsalte ud over den bakteri- cide virkning en detergerende virkning, hvilket er meget betydningsfuldt, da den baktericide virkning i høj grad ændres af remanenser af organiske stoffer.

Den anden store fordel ved fremgangsmåde ifølge opfindelsen er,at mælken ikke tilbageholder noget additiv,således som tilfældet er når hydrolysen ud-10 føres ved hjælp af opløselige enzymer. Derfor er det ikke nødvendigt at foretage en opvarmning til denaturering af enzymet,og der bibringes ingen ubehagelig smag eller lugt til den behandlede mælk.

En særlig betydningsfuld fordel er muligheden for at anvende et sådant ind< hyldet enzym i lang tid og derfor at behandle en meget stor mængde materiale uden 15 væsentlig forringelse af den hydrolytiske aktivitet. En prøve af enzymfilament dei blev anvendt til udførelse af på hinanden følgende forsøg til hydrolyse af lactose i mælk holdt sin aktivitet uændret i de 60 dage over hvilke den blev prøvet.

Den samme mængde enzymfiber var ved anbringelse i en glaskolonne i stand til kontinuerligt at hydrolysere lactose i mælk i mere end en måned uden aktivi-20 tetstab.

Enzymindhyldningsmetoden muliggør endvidere opnåelse af fibre med forskellig aktivitet, hvorfor det er muligt at forkorte kontakttiden mellem materialet der skal behandles og enzymbæreren. Fremgangsmåde ifølge opfindelsen kan udføres på mælk som sådan (sødmælk), på delvis skummet mælk, på koneentreret mælk og på 25 produkter der i højere grad er forarbejdet. Processen kan også anvendes på valle.

Fibren kan udgøres af cellulosederivater såsom celluloseacetat eller af en syntetisk polymer eller copolymer såsom polyamid, polyaerylonitril, polyaerylater, polymethylaerylater, polyvinylchlorid, polyvinylestere, polyvinylbutyral og lign* 3 0 ende.

Meget gode resultater fås ved anvendelse af cellulosetriacetat.

Fremgangsmåde illustreres næmere ved hjælp af nedenstående eksempler.

Præparation 35 Fremstilling af det uopløselige enzym: 24,6 g cellulosetriacetat ("Fluka") blev under omrøring opløst i 260 g me-thylenchlorid (C.Erba), i en reaktor.

Enzymopløsningen bive fremstillet ved at opløse 1,43 g β-galactosidase (BDl i en glycerol-vand-blanding (20:80 v/v) til opnåelse af et total volumen på 50 ml. Enzvmonløsningen blev r.ent'T'i'fiio’Pi-Af· i an afVnilet- Γϋπ(·τϊfnop \toA F-ra da.n

4 DK 155489 B

klare opløsning blev udtaget 32 ml der blev sat til polymeropløsningen.

Faserne blev emugeret ved kraftig omrøring ved 0°C i 30 minutter.

Emulsionen blev hældt i etspindeapparat ved 6°C og blev spundet under ni-trogenatmos fære.

5 Filamentet blev koaguleret i toluen ved stuetemperatur og optaget på en op- vikl-.ningsmaskine. Det blev tørret under vakuum natten over til fjernelse af toluen.

Eksempel 1

Der blev anvendt en søjle med >en indre diameter på 25 mm og en længde på 1 0 400 mm.

Denne blev fyldt med 50 g af de efter eksempel 1 fremstillede enzymfibre, idet fibrene blev anbragt tilfældigt og presset således at hele kolonnens volumen blev udfyldt. Kolonnen blev forsynet med en termostatisk kappe, hvori der blev cirkuleret vand ved 25°G.

15 Med en doseringspumpe blev der udtaget mælk fra en beholder der blev holdt ved +4°C (lactose = 4,9 %, lipider = 1,1 %). Mælken passerede gennem en varmeveksler, hvori dens temperatur blev bragt til 25°C, blev indført ved bunden af kolonnen, passerde enzymfibren og blev udtaget fra kolonnens top, hvorefter den passerede en varmeveksler der afkølede den til +4°C.

20 Doseringspumperne holdtes konstant på 150 ml/h. Under kolonnens drift an drog hydrolyseringen af lactosen i den afgående mælk 53 %·

Eksempel 2

Der blev gået frem som i eksempel 1, idet dog kolonnen blev tilført mælk 25 med varieret hastighed (Q).

Hydrolyseringsgraden for lactosen i den afgående mælk blev bestemt.

Der blev opnået følgende forsøgsresultater:

Strømningshastighed (Q) ml/h Hydrolyseret lactose 7® 150 53,00 30 300 28,00 600 18,20 1200 9-,20 3200 2,50 33 Eksempel 3

Disse forsøg blev udført ved at anvende de samme 50 g enzymfilament anbragt i samme kolonne som i eksempel 1. 380 ml mælk (lactose = 4,95 7., lipider =1,1 %) blev igen og igen ledt forbi enzymfibrene. Hydrolyseringsgraden af lactose blev bestemt i tidens løb som funktion af strømningen (Q). Arbejdstemperaturen var 25°0.

5 DK 155489 B

De opnåede forsøgsresultater var:

Hydrolyseret lactose %

Tid Q = 800 ml/h Q = 3200 ml/h 30' 11,80 10,80 5 45· 21,50 19,10 60· 25,70 23,60 90» 33,70 35,00 120» 41,00 44,50 150' 47,00 50,20 10 180' 52,50 55,00 210» 59,00 63,00 240» 63,50 67,00

Eksempe1 4 1 5 Ved anvendelse af de samme* 50 g enzymfilament anbragt i samme kolonne blev indflydelsen af arbejdstemperaturen bestemt. 380 ml mælk blev atter og atter ledt forbi enzymfibrene og hydrolyseringsgraden blev bestemt efter en times forløb.

Doseringspumpen blev holdt konstant på 320 ml/h, medens arbejdstemperaturen blev ændret.

20 Temperatur Hydrolyseret lactose %, efter 1 h 15°C 17,45 25°C 22,80 35°C 29,54 25 Eksempel 5

Der blev anvendt de samme 50 g filament anbragt i samme glaskolonne. Gennem denne blev der ledt 380 ml partielt skummet mælk (lipider = 1,1 %), idet den passerede mælk blev recirkuleret. Hydrolyseringsgraden blev bestemt som funktion af tiden. Pumpens ydelse og arbejdstemperaturen blev holdt konstant. Forsøgsdataene 30 viser tidsafhængigheden af hydrolyseringsgraden for lactosen.

Tid Hydrolyseret lactose % 1 h 20,60 2 h 36,30 3 h 47,20 35 4 h 56,20 5 h 62,40 6 h 73,40 7 h 79,40 8 h 88,00

6 DK 155489 B

Eksempel 6

Under anvendelse af den i ovenstående Præparation beskrevne metode blev fremstillet 50 g enzymfiber indeholdende 75 mg β-galactosidase (BDH) pr. gram. Fibren blev anbragt med tilfældig orientering i en glaskolonne med en diameter 5 på 25 mm og en højde på 400 mm.

Delvis skummet mælk (lipider = 1,1 7., lactose 4,8 % ) blev tilført i en mængde på 150. M/h. Temperaturen var 25°C.

Under kolonnens drift var lactosen i den afgående mælk hydrolyseret for 81,4 %rs vedkommende.

10

Eksempel 7

Der blev gået frem som i eksempel 6 idet der dog til kolonnen blev tilført sødmælk (3,5 % lipider og 4,85 % lactose). 76 % af lactosen blev hydrolyseret.

15 Eksempel 8

Der blev gået frem som i eksempel 6 idet der dog til kolonnen blev tilført totalt skummet mælk (lipider = 0,3 %, lactose = 5,10 %). 78% af mælkens lactose blev hydrolyseret.

20 Eksempel 9

Der blev gået frem som i eksempel 6 med en afvigelse at der til kolonnen blev tilført valle ( 4,9 %'s lactose) ved pH-værdi 6,7. 72 % af vallens lactose blev hydrolyseret.

25 Eksempel 10

Der blev fremstillet 50 g enzymfiber på lignende måde som beskrevet i ovenstående Præparation indeholdende 75 mg β-galactosidase (BDH).

Ved fremstilling af emulsionen blev der anvendt et forhold på 1,6 mellem volumet af vandig fase (ml) og vægten (g) af polymertørstof. Filamentet, der var 30 mere porøst, blev anbragt i en kolonne med diameter 25 mm og højde 250 mm. Kolonnen blev tilført mælk (lipider =1,1 %) med en hastighed Q = 300 ml/h og kolonnen blev ved hjælp af en termostat holdt på 25°C.

1 den fra kolonnen afgående mælk var 66 % af lactosen hydrolyseret.

35 Eksempel XI

2 g enzymfiber blev bragt i kontakt med 50 ml partielt Skummet mælk i en 150 ml kolbe. Kolben blev anbragt i et rystende termostatstyret bad på 25°C. Efter 4 timers forløb blev mælken adskilt fra filamentet. Bakterieindholdet og den procentvise lactosehydrolysering blev bestemt.

Det godt pressede enzymfilament blev vasket med en passende opløsning af

7 DK 155489B

detergent og baktericid.

Efter at være presset og tørret mellem to stykker filtrerpapir blev filamentet atter anvendt under samme betingelser. Påfølgende forsøg blev fortaget derefter idet lactosehydrolyseringsgraden og bakterietallet for den behandlede mælk ^ blev bestemt efter hvert forsøg. Adskillige kvalernære ammoniumsalte blev prøvet efter denne metode med henblik på bestemmelse af deres indvirkning på enzymet og på mikroorganismerne. Blandt de prøvede baktericider kan nævnes følgende: "Fardi 7" (Farmitalia), "Straminol" (Brocco), benzalkoniumchlorid og "Anfocid" (Gianni), "Tego 51" (Italian Tego), "Steramine H" (Formenti) såvel som andre antibakterieΙ-ΙΟ le midler såsom phenol, hydrogendioxid, hypochlorit, iodoform og antibiotika.

De bedste resultater blev opnået ved at anvende de kvsfcemære ammoniumsalte, specielt "Steramine H" og "Fardi 7".

Den enzymatiske aktivitet blev bestemt under udførelsen af disse på hinanden følgende forsøg. Den samme prøve enzymfiber kunne anvendes ved 80 hydrolyse-15 ringsforsøg under bibeholdelse af konstant aktivitet.

Eksempel 12

Der blev anvendt en kolonne med en diameter på 25 mm og en højde på 400 mm og 50 g enzymfilament fremstillet ifølge ovenstående Præparation og som 20 var anvendt i adskillige dage. Efter hvert forsøg blev fibren vasket med en vandig opløsning indeholdende 0,25% "Steramine H" ved stuetemperatur. Efter at vaskevæsken var udtømt blev der passeret 500 ml mælk i et lukket kredsløb. Pumpehastigheden var 500 mh/h og arbejdstemperaturen 25°C. Med tidsintervaller blev hydrolyseringsgraden og bakterietallet bestemt i den behandlede mælk.

25

Forsøgsresultaterne var følgende:

Tid Hydrolyseret lactose % Mikroorganismer pr. ml 60' 18,8 120,000 95' 28,4 170,000 3Q 120' 33,6 300,000 35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til enzymatisk spaltning af lactose i mælkeholdige produkter til anvendelse ved fremstilling af nydelsesmidler, specielt spiseis, eller dyrefoder, kendetegnet ved, at man behandler det lactoseholdige 5 materiale med β-galactosidase inkorporeret i en fiber.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at processen udføres kontinuerligt.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kend etegnet ved, at den enzymatiske reaktion afbrydes af vaskeoperationer med detergenter.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der til detergenterne er sat et baktericid.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4,kendetegnet ved, at bakterici-det er kvaternært ammoniumsalt.

6. Fremgangsmåde ifølge et vilkårligt af de foregående krav, kend e -15 tegnet ved, at enzymet er inkorporeret i et cellulosederivat eller en syntetisk polymer eller copolymer, såsom en polyamidforbindelse, polyacrylonitril, polyacrylater, polymethacrylater, polyvinylchlorid, polyvinylestere og polyvinyl-butyral.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at fiberen^ 20 der indeholder enzymet består af cellulosetriacetat.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1-7, kend etegnet ved, at det lactoseholdige materiale,består af eller indeholder mælk som er delvis skummet.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at det lactoseholdige materiale indeholder koncentreret mælk.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at det lactoseholdige materiale indeholder valle. 30 35