Enzymatyczna synteza galaktooligosacharydow i laktulozy w permeacie po ultrafiltracji serwatki

• Autorzy: Adamczak M , Bednarski W

Warianty tytułu

EN

Enzymatic synthesis of galactooligosaccharides and lactulose in whey-permeate after the ultrafiltration of whey

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczące technologicznych możliwości sterowania procesem transgalaktozylacji laktozy, katalizowanym przez handlowe preparaty β-galaktozydazy, w permeacie po ultrafiltracji serwatki, w celu poprawy wydajności syntezy galaktooligosacharydów (GOS) i/lub laktulozy. Wykazano, że o wydajności procesu decyduje dobór preparatu β-galaktozydazy, stężenie substratu, a w syntezie laktulozy proporcja laktozy i fruktozy dodawanej do mieszaniny reakcyjnej. Uzyskaną wydajność syntezy GOS, a przede wszystkim laktulozy w ilości 65 g/dm³, można uznać jako zadowalającą. Korzystną zawartość GOS, tj. 13,7 %, w sacharydach uzyskano po procesie prowadzonym w 10 % roztworze laktozy, w reakcji katalizowanej przez Ha-Lactase. Efektem przeprowadzonych badań jest propozycja technologii koncentratów GOS lub laktulozy (zagęszczonych lub suszonych) z wykorzystaniem (jako źródła laktozy) permeatu po ultrafiltracji mleka lub serwatki. Otrzymane koncentraty galaktooligosacharydów można stosować jako źródło prebiotyków do produkcji prozdrowotnej żywności, pasz lub preparatów farmaceutycznych. Zaproponowana technologia pozwala na bezodpadowe zagospodarowania permeatów po UF mleka lub serwatki. W dalszych pracach z tego zakresu planowane są doświadczenia mające na celu ocenę warunków ciągłej syntezy GOS i/lub laktulozy z użyciem immobilizowanych enzymów.

EN

The results are presented of a research into technological possibilities of controlling the transgalactosylation process of lactose, catalyzed by the commercially available β-galacosidases, in a permeate obtained after the ultrafiltration of whey, in order to improve the efficiency of GOS and/or of lactulose synthesis. It was proved that the selected β-galactosidase and the substrate concentration decided on the efficiency of synthesis, and, in the case of the synthesis of lactulose, the ratio of lactose and fructose amounts as added to the reaction mixture. The efficiency of GOS synthesis and, first of all, of lactulose (65 % m/V in total saccharides) is found acceptable. A favourable content of GOS, i.e. 13.7 %, in saccharides was recorded after the process run in a solution of permeate with 10 % (m/V) of lactose using Ha-Lactase\to catalyze the reaction. Based on the research conducted, a special technology of GOS and/or lactulose synthesis is suggested with a permeate after the ultrafiltration of milk or whey applied (as a source of lactose). The obtained concentrates of GOS can be applied as a source of prebiotics in the production of health-promoting food, feedstuffs or pharmaceuticals. The postulated technology provides an opportunity for attractive, waste-free management of permeates after the ultrafiltration of milk or whey. The subsequent investigations in this field will address experiments aiming at evaluating the conditions of continuous synthesis of GOS and/or lactulose with the use of immobilized enzymes.

Słowa kluczowe

PL

beta-galaktozydaza; permeat serwatki; transgalaktozylacja; galaktooligosacharydy; laktuloza; synteza enzymatyczna

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2008
• Tom: 15
• Numer: 6
• Opis fizyczny: s.105-117,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Adamczak M

• Katedra Biotechnologii Żywności, Wydz. Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, ul. J. Heweliusza 1, 10-718 Olsztyn

autor

Bednarski W

• Katedra Biotechnologii Żywności, Wydz. Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, ul. J. Heweliusza 1, 10-718 Olsztyn

Bibliografia

• [1] Aider M., de Halleux D.: Isomerization of lactose and lactulose production: review. Trends Food Sci. Technol., 2007, 18, 356-364.
• [2] Als-Nielsen B., Gluud L.L., Gluud C.: Non-absorbable disaccharides for hepatic encephalopathy: Systematic review of randomized trials. Br. Med. J., 2004, 328, 1046-1050.
• [3] Bednarski W., Kulikowska A.: Influence of two-phase system composition on biocatalytic properties of β-galactosidase preparations. Chem. Papers, 2007, 61, 364 - 369.
• [4] Boon M.A., Janssen A.E.M., van t Riet K.: Effect of temperature and enzyme origin on the enzymatic synthesis of oligosaccharides. Enzyme Microb. Technol., 2000, 26, 271-281.
• [5] Cheng C.-C., Yu M.-C., Cheng T.-C., Sheu D.-C., Duan K.-J., Tai W.-L.: Production of high-content galacto-oligosaccharide by enzyme catalysis and fermentation with Kluyveromyces marxianus. Biotechnol. Lett., 2006, 28, 793-797.
• [6] Curda L., Rudolfová J., Stetina J., Dryák B.: Dried buttermilk containing galactooligosaccharides - process layout and its verification. J. Food Eng., 2006, 77, 468-471.
• [7] Elliott A.J., Datta N., Amenu B., Deeth H.C.: Heat-induced and other chemical changes in commercial UHT milks. J. Dairy Res., 2005, 72, 442.
• [8] Gänzle M.G., Haase G., Jelen P.: Lactose: Crystallization, hydrolysis and value-added derivatives. Int. Dairy J., 2008, 18, 685-694.
• [9] Goulas A., Tzortzis G., Gibson G.R.: Development of a process for the production and purification of α− and β−galactooligosaccharides from Bifidobacterium bifidum NCIMB 41171. Int. Dairy J., 2007, 17, 648-656.
• [10] Hsu C.A., Lee S.L., Chou C.C.: Enzymatic production of galactooligosaccharides by β-galactosidase from Bifidobacterium longum BCRC 15708. J. Agric. Food Chem., 2007, 55, 2225-2230.
• [11] Karczmarewicz E., Skorupa E., Lorenc R.S.: Wpływ probiotyków i prebiotyków na gospodarkę wapniowo-fosforanową i metabolizm kostny. Pediatria Współczesna. Gastroenterologia, hepatologia i żywienie dziecka, 2002, 4, 63-69.
• [12] Kim Y.-S., Park C.-S., Oh D.-K.: Lactulose production from lactose and fructose by a thermostable β-galactosidase from Sulfolobus solfataricus. Enzyme Microb. Technol., 2006, 39, 903-908.
• [13] Kowalewska-Piontas J., Bednarski W.: The attempts to intensity synthesis of galactooligosaccharides in the process of enzymatic lactose hydrolysis. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2001, 51, 43-46.
• [14] Kowalewska-Piontas J., Demczuk A., Bednarski W., Amarowicz R.: A comparative study on galactoologosaccharide synthesis by selected β-galactosidase preparations. Gent, Belgium, 2003.
• [15] Lee Y.J., Kim C.S., Oh D.K.: Lactulose production by β-galactosidase in permeabilized cells of Kluyveromyces lactis. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2004, 64, 787-793.
• [16] Li Z.-Y., Xiao M., Lu L., Li Y.: Production of non-monosaccharide and high-purity galactooligosaccharides by immobilized enzyme catalysis and fermentation with immobilized yeast cells. Process Biochem., 2008, 43, 896-899.
• [17] Maischberger T., Nguyen T.-H., Sukyai P., Kittl R., Riva S., Ludwig R., Haltrich D.: Production of lactose-free galacto-oligosaccharide mixtures: comparison of two cellobiose dehydrogenases for the selective oxidation of lactose to lactobionic acid. Carbohydr. Res., 2008, 343, 2140-2147.
• [18] Makowski K., Bialkowska A., Szczesna-Antczak M., Kalinowska H., Kur J., Cieslinski H., Turkiewicz M.: Immobilized preparation of cold-adapted and halotolerant Antarctic β-galactosidase as a highly stable catalyst in lactose hydrolysis. FEMS Microbiol. Ecol., 2007, 59, 535-542.
• [19] Mayer J., Conrad J., Klaiber I., Lutz-Wahl S., Beifuss U., Fischer L.: Enzymatic production and complete nuclear magnetic resonance assignment of the sugar lactulose. J. Agric. Food Chem., 2004, 52, 6983-6990.
• [20] Mladenoska I., Winkelhausen E., Kuzmanova S.: Transgalactosylation/hydrolysis ratios of various β-galactosidases catalyzing alkyl-β-galactoside synthesis in single-phased alcohol media. Food Technol. Biotechnol., 2008, 46, 311-316.
• [21] Mussatto S.I., Mancilha I.M.: Non-digestible oligosaccharides: A review. Carbohydr. Polym., 2007, 68, 587-597.
• [22] Pessela B.C.C., Dellamora-Ortiz G., Betancor L., Fuentes M., Guisan J.M., Fernandez-Lafuente R.: Modulation of the catalytic properties of multimeric β-galactosidase from E. coli by using different immobilization protocols. Enzyme Microb. Technol., 2007, 40, 310-315.
• [23] Rousseau V., Lepargneur J.P., Roques C., Remaud-Simeon M., Paul F.: Prebiotic effects of oligosaccharides on selected vaginal lactobacilli and pathogenic microorganisms. Anaerobe, 2005, 11, 145-153.
• [24] Ryżko J. Zastosowanie probiotyków i prebiotyków w leczeniu neswoistych zapaleń jelit oraz zaburzeń czynnościowych jelita grubego. Pediatria Współczesna. Gastroenterologia, hepatologia i żywienie dziecka, 2002, 4, 55-60.
• [25] Sako T., Matsumoto K., Tanaka R.: Recent progress on research and applications of non-digestible galacto-oligosaccharides. Int. Dairy J., 1999, 9, 69-80.
• [26] Schaafsma G. Lactose and lactose derivatives as bioactive ingredients in human nutrition. Int. Dairy J., 2008, 18, 458-465.
• [27] Splechtna B., Nguyen T., Steinbock M., Kulbe K.D., Lorenz W., Haltrich D.: Production of prebiotic galacto-oligosaccharides from lactose using β-galactosidases from Lactobacillus reuteri. J. Agric. Food Chem., 2006, 54, 4999-5006.
• [28] Tzortzis G., Goulas A.K., Gibson G.R.: Synthesis of prebiotic galactooligosaccharides using whole cells of a novel strain, Bifidobacterium bifidum NCIMB 41171. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2005, 68, 412-416.
• [29] Withers S.G. Mechanisms of glycosyl transferases and hydrolases. Carbohydr. Polym., 2001, 44, 325-337.
• [30] Woudenberg-van Oosterom M., van Belle H.J.A., van Rantwijk F., Sheldon R.A.: Immobilised β-galactosidases and their use in galactoside synthesis. J. Mol. Catal. A: Chem., 1998, 134, 267-274.
• [31] Zheng P., Yu H., Sun Z., Ni Y., Zhang W., Fan Y., Xu Y.: Production of galacto-oligosaccharides by immobilized recombinant β-galactosidase from Aspergillus candidus. Biotechnol. J., 2006, 1, 1464-1470.