Snižování a odstraňování laktózy z mléka a výrobků

Přehled metod: hydrolýza laktázou samotná nebo v kombinaci s chromatografickými či membránovými technologiemi. Částečně lze laktózu štěpit fermentací. Laktózu lze využít k výrobě cukerného sirupu.

Obsah laktózy v mléce kolísá podle druhu zvířete. V kravském mléce je obsah laktózy kolem 4,7 %. Minoritními sacharidy jsou glukóza, galaktóza a mnohé oligosacharidy. Kromě toho se v mléce vyskytují glykoproteiny vytvořené kombinací bílkovin a sacharidů.

Prvním krokem degradace laktózy je hydrolýza pomocí laktázy (beta-galaktosidázy), avšak 75 % dospělé světové populace trpí tím, že ztrácí schopnost syntetizovat tento enzym. Schopnost syntetizovat beta-galaktosidázu v dospělosti je u osob evropského původu způsobena genetickou mutací, k níž došlo před 7 500 lety, ale přesto v Evropě trpí intolerancí laktózy několik milionů lidí. Protože mléko je důležitým zdrojem vápníku, je třeba vyrábět bezlaktózové výrobky.

Delaktózování mléka

Zásadně se jedná o diskontinuální proces s přímým přídavkem beta-galaktosidázy do pasterovaného mléka. Hydrolýza může probíhat za stálého míchání při teplotě do 10 °C, kratší inkubační doby se dosáhne při 37 °C. Většinou se používá neutrální laktáza z Sacharomyces (Kluyveromyces) marxianus var. lactis nebo z Bacillus circulans. Proces se ukončuje tepelným ošetřením, když se obsah laktózy sníží pod 0,1 g/100 g. Takto upravené mléko je sladší, vzhledem k vyšší sladivosti monosacharidů proti laktóze. Při výrobě míchaných nápojů z bezlaktózového mléka se tak snižuje potřeba přídavku cukru.

Během degradace laktózy dochází vedle hydrolýzy i k trangalaktosylaci, přičemž vznikají galaktooligosacharidy (GOS). Na GOS se přemění 5 – 10 % laktózy, v závislosti na množství použitého enzymu. Oligosacharidy jsou v trávicím traktu obtížně hydrolyzovány a vykazují probiotickou funkci.

Bylo zjištěno, že při hydrolýze laktózy dochází k intenzivnější Maillardově reakci.

Pokud se bezlaktózové mléko vyrábí z vysokoteplotně ošetřeného mléka (UHT), neprovádí se následné tepelné ošetření a enzym zůstává ve výrobku aktivní. Maillardova reakce však probíhá v menším rozsahu.

Finská společnost Valio Ltd. vyvinula patentovaný postup extenzivního odstranění laktózy (EP 226035 B1) kvůli odstranění negativních vlastností způsobených poměrně vysokým obsahem monosacharidů v hydrolyzovaném mléce. Jedná se o chromatografický proces, v němž jsou odděleny iontové (bílkoviny, soli) a neiontové složky (laktóza). Postup je poměrně časově náročný, vyžaduje chromatografické zařízení a je komplexní.

Jinou patentovanou metodou (DE 60317057 T2) je odstranění laktózy pomocí membrán. Permeát získaný po ultrafiltraci (UF) odtučněného mléka je podroben nanofiltraci (NF). NF-permeát je koncentrován reverzní osmózou (RO). Retentát z RO je přidán k retentátu z UF.

Posledně uvedené dvě metody odstraňují laktózu jen částečně. Zbývající laktóza se hydrolyzuje enzymaticky. V průmyslovém měřítku jsou tyto metody používány v Evropě (Finsko, Švýcarsko). V případě firmy Valio je reziduální obsah laktózy jen 0,01 % (pro osoby s intolerancí stačí, pokud mléko obsahuje max. 0,1 %, pro osoby trpící galaktosemií je nutné odstranění laktózy resp. galaktózy).

K výrobě mléčných produktů se sníženým obsahem laktózy, může být při extenzivní separaci laktózy odtučněné mléko zahuštěno 4 – 5krát. Přitom je možná i enzymatická hydrolýza reziduální laktózy. UF-retentáty mohou být směšovány s jinými složkami, tepelně ošetřeny a asepticky baleny. Před použitím (především v procesu výroby) se koncentráty ředí pitnou vodou (EP 0 316 938 A2).

Průběh Maillardovy reakce exponenciálně roste v sušeném enzymaticky připraveném delaktózovaném mléce (hnědnutí prášku). Tento proces lze omezit metodami sušení.

Delaktózované fermentované výrobky

Při výrobě jogurtů přichází v úvahu odstraňování laktózy z mléka (viz výše) nebo snižování obsahu laktózy fermentací (příp. kombinací obou postupů). Inkubační teplota nesmí překročit 40 °C. Aktivita laktázy významně klesá pod hodnotou pH 5,7, proto pro hydrolýzu laktózy je k dispozici jen omezený čas. Ačkoli startovací kultury jsou vyvíjeny pro štěpení laktózy, reakční rychlost štěpení je ovlivňována řadou faktorů (degradace laktózy stimuluje růst jogurtových kultur, rychlejší růst kyselosti). Jsou vyvíjeny kultury adaptované na mléko-substrát po hydrolýze laktózy.

Obdobně se postupy využívají pro další mléčné výrobky. Při výrobě mražených krémů se štěpení laktózy stává ochranou před vytvářením krystalů.

Cukerný sirup z hydrolyzované laktózy

Z celkem 50 mil. t (2009) syrovátky produkované ve světě se jen asi 50 % použije pro potravinářskou výrobu. Syrovátka je tak významnou surovinou pro výrobu sirupu z hydrolyzované laktózy. Syrovátka se zpracuje ultrafiltrací (permeát obsahuje 40 – 50 g laktózy na litr). Po separaci solí (iontoměniče, elektrodialýza, nanofiltrace) následuje hydrolýza laktózy imobilizovanými enzymy. Vakuovým zahušťováním se dosáhne koncentrace cukerného sirupu 60 – 65 %. Využití je při výrobě nápojů, cukrovinek a pekařských výrobků. V některých případech je vhodné využívat jen částečně demineralizované produkty (v mražených krémech).

European Dairy Magazine, 23, 2011, č. 2, s. 4-6