ITMI982323A1

ITMI982323A1 - Procedimento di idrolisi del lattosio nel latte per contatto di questo con un materiale solido di supporto enzimatico, impianto per la realzzazione di questo procedimento e materiale di supporto enzimatico utilizzato nel detto impianto.

Info

Publication number: ITMI982323A1
Application number: IT002323A
Authority: IT
Inventors: Pietro Cerlesi
Original assignee: Azienda Municipalizzata Centrale Del Latte Di Mila
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-04-29
Also published as: EP0997071A3; EP0997071A2; IT1303276B1; ITMI982323A0

Description

“PROCEDIMENTO DI IDROLISI DEL LATTOSIO NEL LATTE PER CONTATTO DI QUESTO CON UN MATERIALE SOLIDO DI SUPPORTO ENZIMATICO, IMPIANTO PER LA REALIZZAZIONE DI QUESTO PROCEDIMENTO E MATERIALE DI SUPPORTO ENZIMATICO UTILIZZATO NEL DETTO IMPIANTO’

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un nuovo procedimento di idrolisi del lattosio nel latte, in particolare del tipo che utilizza un enzima bloccato su un supporto.

L’invenzione si estende inoltre all’impianto per realizzare questo procedimento, nonché al supporto enzimatico utilizzato nel detto impianto.

Il latte presenta un contenuto di lattosio pari a circa 48 grammi/litro, con variabilità piuttosto contenute, anche tra le diverse razze bovine, tra individui della stessa razza e nei diversi momenti della lattazione. Costituisce uno dei macrocomponenti del latte quantitativamente più costante.

Dal punto di vista chimico il lattosio, di cui il latte rappresenta l’unica fonte naturale, è un disaccaride composto da due monomeri glucosio e galattosio.

L’importanza del lattosio nell’alimentazione umana, soprattutto infantile e senile, è riportabile a molteplici fattori, ed in particolare:

- favorisce la ritenzione e l’assimilazione del calcio a livello intestinale;

- entra nella composizione di cellule del tessuto nervoso (cerebosidi) e di glicoproteine;

- contribuisce a mantenere nell’intestino un ambiente acido, contrastando in tal modo la proliferazione di microorganismi che possono causare disordini intestinali.

L’intolleranza al lattosio costituisce uno dei più importanti limiti all’assunzione del latte. La causa di tale sindrome è la deficienza di Betagalattosidasi, un enzima prodotto dalle cellule epiteliali dell’intestino tenue che idrolizza il lattosio nei due monomeri semplici, rendendoli assimilabili dall’epitelio intestinale.

Quando il lattosio non viene assimilato, rimanendo nel lume intestinale, tende ad aumentare il potenziale osmotico, richiamando acqua nell’intestino digiuno e servendo, a livello del colon, da substrato per la flora coliforme, produttrice di gas. Da ciò una serie di sintomi quali gonfiori, diarree, ecc. L’intolleranza al lattosio può essere dovuta a cause genetiche, legate alla etnia, o indotte da malattie o traumi intestinali, nonché da prolungati periodi di mancata assunzione del latte.

Al fine di consentire anche ai soggetti lattosio-intolleranti l’assunzione del latte, senza peraltro eliminare nemmeno il galattosio, si sono sviluppate tecniche di estrazione e purificazione di Beta-galattosidasi, da organismi unicellulari semplici, quali batteri e specialmente lieviti.

Nei trattamenti di idrolisi per via diretta l’enzima così ottenuto, aggiunto al latte in opportuni dosaggi ed in particolari condizioni di temperatura, è in grado di idrolizzare il lattosio, come avviene a livello intestinale, rendendo quindi possibile ai soggetti intolleranti l’assunzione del latte.

Naturalmente l’enzima, che da un punto di vista biochimico è una proteina funzionale, rimane nel prodotto finito, per quanto, in seguito ai trattamenti termici di conservazione in uso per il latte alimentare (pastorizzazione - uht), risulti alla fine del tutto inattivo (denaturazione termica delle proteine).

Negli anni ‘80 è stata sviluppata una particolare tecnologia (idrolisi indiretta del lattosio), secondo la quale l’enzima Beta-galattosidasi viene fissato o bloccato su un opportuno materiale solido di supporto.

Secondo questo trattamento di idrolisi, il contatto tra il latte e l’enzima viene realizzato sul supporto che reca bloccato quest’ultimo, evitando in tal modo che la Beta-galattosidasi venga rilasciata nel latte. II prodotto risultante dal trattamento non contiene quindi alcun elemento estraneo e non differisce dal latte “naturale” che per la presenza dei due monomeri glucosio e galattosio.

I trattamenti noti di idrolisi del latte per via indiretta sono principalmente condizionati dalle curve di temperatura dell’attività enzimatica, il cui valore ottimale è di 36°C, e dal tempo di contatto del latte con l’enzima. Con lo scopo di incrementare la produttività dell’ impianto, quest’ultimo parametro deve ovviamente possedere il più basso valore possibile.

La scelta dei valori da attribuire alla temperatura e al tempo della reazione enzimatica non è tuttavia arbitraria. Operare alla temperatura ottimale di 36°C significa infatti accrescere il tenore di carica batterica sul supporto che trattiene l’enzima e, quindi, anche sul prodotto idrolizzato. Per superare questo inconveniente, la tecnica nota tende ad operare a temperature inferiori rispetto a quella ottimale (8-1 0°C), con l’inconveniente però di dover corrispondentemente accrescere il tempo di contatto del latte con il supporto della Beta-galattosidasi. II compromesso non permette in ogni caso di superare una produzione oraria di circa 1000 litri di latte con lattosio idrolizzato.

Dei risultati migliori non vengono offerti neppure dai noti trattamenti batch, nei quali sono previsti più ricircoli di una determinata quantità di latte sul supporto che reca bloccato l’enzima. Questa soluzione, infatti, oltre a penalizzare la resa quantitativa dell’impianto, favorisce l indesiderato arricchimento della carica batterica sul supporto. Il trattamento batch inoltre, per sua stessa natura, è scarsamente flessibile, ciò che impedisce di rispondere in maniera immediata alle diverse richieste o esigenze del mercato.

Diviene pertanto lo scopo principale della presente invenzione quello di fornire un nuovo procedimento ed il relativo impianto di idrolisi indiretta del lattosio, adatti per fornire un prodotto finale avente il contenuto minimo di carica batterica possibile (prodotto qualitativamente idoneo), pur con il ricorso a tempi di trattamento compatibili con le esigenze della produzione industriale di massa.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di realizzare un impianto provvisto di un efficace sistema di lavaggio rapido del materiale di supporto enzimatico.

Costituisce un ulteriore scopo dell’invenzione quello di fornire un materiale solido di supporto di Beta-galattosidasi, avente una elevata attività enzimatica specifica verso l’idrolisi del lattosio.

Questi ed altri scopi sono raggiunti con il procedimento e rimpianto di idrolisi del lattosio nel latte secondo la presente invenzione, i quali presentano le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni indipendenti, rispettivamente 1 e 11 . Realizzazioni vantaggiose del'invenzione risultano dalle rivendicazioni dipendenti.

Rispetto ai trattamenti noti, quello secondo la presente invenzione offre il vantaggio di fornire i migliori rendimenti, in termini sia qualitativi sia quantitativi, grazie alla possibilità di operare nelle condizioni di temperatura ottimale di idrolisi del lattosio, pur senza eccessivo incremento del contenuto di carica batterica nel prodotto finale. In particolare il procedimento e l’impianto delFinvenzione consentono di ottenere un’idrolisi del lattosio superiore al 75%, con un solo passaggio del latte nel reattore e con una produzione oraria media, che è cinque volte superiore a quella ottenibile con la precedente tecnologia.

L’invenzione permette quindi di realizzare un impianto a rendimento quantitativo elevato, pur senza la necessità di prevedere operazioni aggiuntive di riduzione della carica batterica residua nel latte sottoposto ad idrolisi del lattosio.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla descrizione che segue di una preferita forma di realizzazione dell’impianto della presente invenzione illustrato, a titolo di esempio non limitativo, nell’unica figura della allegata tavola di disegni.

L’impianto, illustrato in forma schematica nella citata figura, realizza l’idrolisi del lattosio nel latte alimentato a partire da una vaschetta 1. Da questa, il latte viene convogliato verso uno scambiatore a piastre 2, nel quale subisce un riscaldamento ad una temperatura di approssimativamente 36°C. Il latte così riscaldato viene poi trasferito lungo un condotto 3, fino a giungere ad una valvola 4 che lo indirizza, a sua volta, sul condotto 5 di alimentazione di un reattore 6.

Quest’ultimo presenta una particolare forma troncoconica la cui sezione inferiore 7, avente diametro minore, è di ingresso per il latte da trattare, mentre da quella superiore 8, di diametro maggiore, esce il prodotto contenente il lattosio idrolizzato. In corrispondenza e a monte della sezione 8 di uscita del latte è inoltre previsto un filtro 9, adatto per trattenere la parte solida del contenuto del reattore 6. Questa parte solida è costituita dal materiale che serve in qualità di supporto che blocca l’enzima Beta-galattosidasi.

Il materiale citato è di preferenza costituito da una resina polimerica 10, avente struttura granulare e di forma sferoidale, ad elevato rapporto superficie/volume. Viene in questo modo garantita una elevata superficie di contatto tra il latte e il supporto, ciò che permette a quest’ultimo di raggiungere il miglior grado di attività enzimatica specifica.

Il reattore 6, preventivamente caricato con i granuli 10 del supporto che reca bloccato l’enzima Beta-galattosidasi, riceve dunque l’alimentazione del latte dalla sezione inferiore 7 di diametro minore. Il latte da trattare, mescolandosi al materiale solido 10, forma una sorta di sospensione che viene mantenuta nel reattore 6 per un tempo di circa 2 minuti ed alla temperatura costante di 36°C. Quest’ultima viene garantita dal riscaldamento del mantello del reattore stesso, preferibilmente provvisto di un’intercapedine con sistema a ricircolo di acqua calda (non illustrato).

Attraverso il contatto con i granuli 10 del materiale di supporto enzimatico, si realizza la conversione del lattosio nei suoi componenti base, glucosio e galattosio.

Il latte così trattato esce dalla sezione superiore 8 del reattore 6, passando prima attraverso il filtro 9 il quale, come detto, trattiene aH’interno del reattore stesso le particelle 10 di supporto solido dell’enzima. Successivamente il latte, passando attraverso il condotto 11, la valvola 12 e il condotto 13, ritorna nello scambiatore 2, questa volta attraverso la sua sezione di raffreddamento. Il latte cosi raffreddato entra in un successivo filtro 14, il quale garantisce la separazione anche di piccole tracce di particelle del supporto 10, eventualmente sfuggite al precedente filtro 9 del reattore 6. Il prodotto in uscita dal filtro 14 viene infine raccolto in serbatoi 15.

L’impianto ora descritto è inoltre equipaggiato con una unità di lavaggio del materiale granulare 10 di supporto deH5enzima. Tale unità comprende dei serbatoi 16 di una soluzione tampone di lavaggio e a pH 7, a base di sali di fosfato. La soluzione viene quindi introdotta nel reattore 6, previa filtrazione in filtri 18, caricato con il solo supporto 10 da sottoporre a lavaggio. Durante questa operazione, il reattore viene riempito per circa 3/4 con la citata soluzione tampone di lavaggio.

Il sistema viene quindi sottoposto ad agitazione o scuotimento, in modo da realizzare la completa dispersione del materiale solido 10 all’interno della fase liquida rappresentata dalla soluzione di fosfato. Infine, dopo il tempo ritenuto necessario al completo lavaggio del materiale di supporto enzimatico, la soluzione viene scaricata dal reattore 6, facendola passare attraverso il suo filtro 9 ed il condotto esterno 17.

La particolare struttura del materiale 10 impiegato, il quale offre un elevato rapporto superficie/volume grazie alle sue dimensioni molto contenute ed alla forma sferoidale delle particelle che lo compongono, permette di ottenere un’attività enzimatica specifica molto elevata.

Tale caratteristica, unita ad un migliore controllo della temperatura del latte in ingresso al reattore ed alla geometria del reattore stesso, permette di ottenere un’idrolisi del lattosio superiore al 75%, con un solo passaggio del latte nel reattore. La capacità produttiva del nuovo reattore varia tra i 3500 ed i 5000 litri/ora, consentendo quindi una produzione oraria media, che è fino a cinque volte superiore a quella ottenibile con la precedente tecnologia.

Ovviamente all’invenzione, come sopra descritta ed illustrata, è possibile apportare delle modifiche per realizzare varianti che, tuttavia, rientrano nell’ambito delle rivendicazioni che seguono. Cosi, per esempio, risultati confrontabili con quelli dell’invenzione potrebbero essere ottenuti con un reattore di forma anche diversa da quella illustrata e più sopra descritta. Analogamente il materiale di supporto dell’enzima potrebbe essere formato da corpi granulari di forma qualsiasi od altri materiali simili, anche se i risultati migliori, ad oggi si è visto ottenersi con la preferita forma di realizzazione descritta ed illustrata.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di idrolisi del lattosio nel latte per contatto di questo con un materiale solido di supporto che reca bloccato l’enzima Beta-galattosidasi, caratterizzato dal fatto che la detta reazione di idrolisi è realizzata a temperatura maggiore di 12 °C e con un tempo di contatto tra il latte e il citato supporto minore di 5 minuti.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto materiale solido di supporto enzimatico è costituito da un materiale granulare.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il citato contatto tra il detto materiale solido di supporto enzimatico e il latte è eseguito per dispersione del primo nel secondo, lungo un percorso di flusso avente sezione allargata nella direzione di quest’ultimo.
4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la detta reazione di idrolisi è realizzata a 36°C e per contatto di 2 minuti del latte con il citato supporto.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di prevedere l’idrolisi del lattosio fino a valori maggiori del 75%, con un solo passaggio del latte sul citato supporto.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di presentare una capacità produttiva di 3500-5000 litri/ora di latte con lattosio idrolizzato e con un contenuto di carica batterica compatibile con l’uso alimentare del prodotto trattato.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto materiale granulare è formato da granuli di forma sferoidale.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di prevedere la filtrazione, all’interno del reattore, del latte sottoposto a trattamento di idrolisi, così da separarlo dal citato materiale solido di supporto.
9. Procedimento secondo una o più delle rivendicazione precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere il lavaggio del detto materiale solido di supporto con una soluzione tampone, il detto lavaggio essendo realizzato direttamente aH’intemo del reattore, per scuotimento del medesimo materiale solido disperso nella citata soluzione tampone e per successiva filtrazione, così da estrarre la soluzione stessa dal reattore, lasciando entro quest’ultimo il materiale solido lavato.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la detta soluzione tampone è una soluzione neutra a base di sali di fosfato.
1 1 . Impianto di idrolisi del lattosio nel latte per contatto di questo con un materiale solido di supporto che reca bloccato l’enzima Beta-galattosidasi, del tipo comprendente una stazione (2) di trattamento termico del latte ed almeno un reattore (6) di idrolisi, caratterizzato dal fatto che il detto reattore possiede una sezione rastremata sul lato (7) di questo che costituisce l’ingresso per l’alimentazione del latte da sottoporre a trattamento di idrolisi.
12. Impianto secondo la rivendicazione 1 1, caratterizzato dal fatto che il detto reattore (6) possiede una forma troncoconica, la cui sezione di diametro minore costituisce il fondo del reattore stesso.
13. Impianto secondo le rivendicazioni 11 o 12, caratterizzato dal fatto di presentare un filtro (9) sulla sezione del reattore (6) di dimensioni maggiori e che corrisponde all’uscita, dal reattore stesso, del latte sottoposto al trattamento di idrolisi.
14. Impianto secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere inoltre una unità di lavaggio del citato materiale solido (10), la detta unità comprendendo un serbatoio (16) per una soluzione di lavaggio da inviare al interno dei reattore di idrolisi (6) che contiene il medesimo materiale (10).
15. Impianto secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il detto reattore (6) è provvisto di mezzi di scuotimento, adatti per disperdere il citato materiale solido (10) alPinterno della detta soluzione di lavaggio contenuta nello stesso reattore (6).
16. Impianto secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la detta soluzione di lavaggio è una soluzione tampone neutra a base di sali di fosfato.
17. Materiale solido di supporto per Penzima Beta-galattosidasi nei trattamenti di idrolisi del lattosio nel latte, caratterizzato dal fatto di essere costituito da una resina polimerica di forma granulare.
18. Materiale secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che il detto supporto è in forma di granuli (10) con struttura sferoidale, ad alto rapporto superficie/volume ed elevata attività enzimatica.
19. Uso del materiale solido di supporto secondo le rivendicazioni 17 e 18 per bloccare Penzima Beta-galattosidasi nei trattamenti di idrolisi del lattosio nel latte.