БІОТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ЗАСТОСУВАННЯ ШТАМІВ З β-ГАЛАКТОЗИДАЗНОЮ АКТИВНІСТЮ У ВИРОБНИЦТВІ ФЕРМЕНТОВАНИХ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ
DOI:
https://doi.org/10.31073/foodresources2021-16-12Ключові слова:
лактазна недостатність, ферментовані молочні продукти, штами з β-галактозидазною активністю, композиції штамів, технологіїАнотація
Предмет дослідження. На ринку України більшість ферментованих молочних продуктів є традиційними і користуються широким попитом серед різних верств населення. Але для певної категорії споживачів цей сегмент молочної продукції вживати не рекомендовано у зв'язку з лактазною недостатністю, яка унеможливлює розщеплення та засвоєння лактози, що містять молочні продукти. Вживання молочних продуктів у таких людей викликає дискомфорт та розлади у шлунково-кишковому тракті і погане самопочуття. Дана стаття є оглядовою і на основі результатів фундаментальних і прикладних досліджень закордонних і вітчизняних вчених в цьому напрямку, вказує на шляхи вирішення цієї проблеми та доцільність присутності вказаної продукції в раціоні харчування вказаної групи людей. Метою роботи є системний аналіз сучасної наукової інформації щодо способів зниження вмісту лактози за рахунок використання заквашувальних препаратів на основі штамів з β-галактозидазною активністю та комплексного використання бактеріальних культур і ферментного препарату β‑галактозидази під час виробництва ферментованих молочних продуктів. Результати та обговорення. Показано, що існують штами мікроорганізмів які володіють достатньо високою β-галактозидазною активністю. Однак фактичне розщеплення лактози відбувається в незначній кількості. Аналіз літератури показав, що найчастіше для виробницва молока та молочних продуктів зі зменшеним вмістом лактози або безлактозних застосувується фермент лактази, який расщеплює лактозу на окремі цукри‑глюкозу та галактозу. А поєднання мікроорганізмів та ферментного препарату дозволяє розширити асортимент продуктів та задовольнити потреби споживачів інтолерантних до лактози. Сфера застосування результатів дослідження. Отримані результати пошукової роботи будуть використані у розробленні технологій ферментованих молочних продуктів зі зниженим вмістом лактози або безлактозних.
Завантаження
Посилання
Corgneau M., Scher J., Ritie-Pertusa L., D T L Le, Petit J., Nikolova Y., Banon S., Gaiani C (2017). Recent advances on lactose intolerance: Tolerance thresholds and currently available answers. Critical reviews in food science and nutrition. Vol. 57(15). P. 3344-3356. doi:10.1080/10408398.2015.1123671.
Wilt T., Shaukat A., Shamliyan T., Taylor B., MacDonald R., Tacklind J., Rutks I., Schwarzenberg S., Kane R., Levitt M. (2010). Lactose intolerance and health. Evid. Rep. Technol. Assess.Vol. 192. 410 p.
Montalto M, Curigliano V., Santoro L., Vastola M., Cammarota G., Manna R., Gasbarrini A., Gasbarrini G. (2006). Management and treatment of lactose malabsorption. World journal of gastroenterology: WJG. 12(2). P. 187-191. doi: 10.3748/wjg.v12.i2.187.
Ipatova M., Mukhina YU., Shumilov P., Chubarova A., Sheyanov G. (2013). Pervichnaya i vtorichnaya laktaznaya nedostatochnost'. [Primary and secondary lactase deficiency]. Farmateka. [Pharmateca]. 11. 41-44. [in Russian].
Silanikove N., Leitner G., Merin U. (2015). The Interrelationships between Lactose Intolerance and the Modern Dairy Industry: Global Perspectives in Evolutional and Historical Backgrounds Nutrients. 7(9) Р. 7312–7331. doi: 10.3390/nu7095340
Coelho, A., Berry, G., Rubio-Gozalbo M. (2015). Galactose metabolism and health. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care .18(4). Р.422-427.
doi: 10.1097/MCO.0000000000000189.
Staudacher H., Lomer M., Anderson J., Barrett J., Muir J., Irving P., Whelan K. (2012). Fermentable carbohydrate restriction reduces luminal bifidobacteria and gastrointestinal symptoms in patients with irritable bowel syndrome. J. Nutr. Vol. 142(8). P. 1510–1518. doi: 10.3945/jn.112.159285.
Halmos E., Christophersen C., Bird A., Shepherd S., Gibson P., Muir J. (2015). Diets that differ in their FODMAP content alter the colonic luminal microenvironment. PubMed. 64 (1). Р. 93-100. doi: 10.1136/gutjnl-2014-307264.
Heyman М. (2006). Lactose Intolerance in Infants, Children, and Adolescents. Рediatrics. 118 (3). Р.1279-1286. doi.org/10.1542/peds.2006-1721.
Usai Satta P., Scarpa М., Oppia F., Cabras F. (2012). Lactose malabsorption and intolerance: What should be the best clinical management? World J. Gastrointest. Pharmacol. Ther. 3(3).P. 29¬-33. doi: 10.4292/wjgpt.v3.i3.29 .
Baranov S. (2016). Takoye raznoye i bezlaktoznoye. [So different and lactose-free]. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry]. 8. S.45. [in Russain].
Zmina №2 do DSTU 2212:2000 Molochna promyslovistʹ. Vyrobnytstvo moloka ta kyslomolochnykh produktiv. Terminy ta vyznachennya ponyatʹ. [Dairy industry. Production of milk and sour milk products. Terms and definitions]. [Chynnyy vid 2014-04-01]. Vyd. ofits. Kyyiv: Minekonomrozvytku Ukrayiny, 2013. 8s. [in Ukrainian].
Trubnikova A., Chabanova O., Sharakhmatova T., Bondar S., Savchak YE. (2018). Rozrobka tekhnolohiyi nyzʹkolaktoznoho morozyva na osnovi bezlaktoznoho kontsentratu maslyanky. [Development of low-lactose ice cream technology based on lactose-free buttermilk concentrate]. Visnyk NTU «KHPI», seriya: Novi rishennya v suchasnykh tekhnolohiyakh. 45 (1321). S. 214–227. doi:10.20998/2413-4295.2018.45.30. [in Ukrainian].
Arsen'yeva T. (2010). K chemu privodit laktaznaya nedostatochnost'. [What does lactase deficiency lead to?] Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry]. 7. S. 28-30. [in Russian].
Potemsʹka O., Kihelʹ N., Danylenko S., Kopylova K. (2017). b-halaktozydazna aktyvnistʹ bakteriy yak kryteriy vidboru shtamiv do skladu bakterialʹnykh preparativ. [β-galactosidase activity of bacteria as a criterion for selection of strains in the composition of bacterial preparations]. Kharchova nauka i tekhnolohiya. [Food science and technology]. 11(3). S. 35 40. doi.org/10.15673/fst.v11i3.604. [in Ukrainian].
Dymar O., Yemel'yanova L., Dzhumok G. (2012). Opredeleniye optimal'nykh parametrov protsessa fermentativnogo gidroliza laktozy v molochnoy syvorotke. [Determination of the optimal parameters of the process of enzymatic hydrolysis of lactose in milk whey]. Pishchevaya promyshlennost': nauka i tekhnologii. [Food industry: science and technology]. 1(15). S.24-30. [in Russian].
Neuhaus W., Novalin S., М., Splechtna В., Petzelbauer I., Szivak A., Kulbe K. (2006). Optimization of an innovative hollow-fiber process to produce lactose-reduced skim milk. Appl Biochem Biotechnol.134(1).1-14. doi: 10.1385/abab:134:1:1.
Harju M, Kallioinen H, Tossavainen O. (2012). Lactose hydrolysis and other conversions in dairy products: technological aspects. Int Dairy. 22(2). Р.104–109. doi: 10.1016/j.idairyj.2011.09.011.
Skripnyuk A., Ryabtseva S. (2014). Sovremennyye metody polucheniya b-galaktozidaz. [Modern methods of obtaining β-galactosidases]. Nauka. Innovatsii. Tekhnologii. [The science. Innovation. Technologies]. 3. S. 197-204. [in Russian].
Jiang T., Savaiano D. (1997). In vitro lactose fermentation by human colonic bacteria is modified by Lactobacillus acidophilus supplementation. J. Nutr. 127 (8). P. 1489-1495. doi: 10.1093 / JN / 127.8.1489.
Garman J., Coolbear T., Simart J. (1996). The effect of cations on the hydrolysis of lactose and the transferase reactions catalysed by -galactosidase from six strains of lactic acid bacteria. Appl. Microbiol. Biotechnol. 46(1). Р. 22-27 doi: 10.1007 / s002530050778.
Moller P., Jorgensen F., Hansen O. Madsen S. M., Stougaard P. (2001). Intra- and extracellular β-galactosidases from Bifidobacterium bifidum and B. infantis: molecular cloning, heterologous expression, and comparative characterization. Appl. Environ. Microbiol. 67(5). Р. 2276 2283.
Collado, M. C. Sanz Y. (2007). Induction of acid resistance in Bifidobacterium: a mechanism for improving desirable traits of potentially probiotic strains. J. Appl. Microbiol. 103(4). P. 1147–1157. doi: 10.1111/j.1365-2672.2007.03342.x.
Danil'chuk T., Ganina V., Golovin M. (2013). Nizkoloaktoznyye molochnyye produkty. Puti polucheniya. [Low-lactose dairy products. Ways of obtaining]. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry]. 2013. 11. С.41 42. [in Russian].
Ryabaya N., Golovneva N., Samartsev A. (2015). Selektsiya bifidobakteriy po ustoychivosti k kislotnomu stressu. [Selection of bifidobacteria for resistance to acid stress]. Mikrobnyye biotekhnologii: Fundamental'nyye i prikladnyye aspekty: sbornik nauchnykh statey. Belaruskaya navuka. [Microbial biotechnology: Fundamental and applied aspects: collection of scientific articles. Belarusian Navuka]. 7. S. 57-68. [in Russian].
Tokayev E., Ganina V., Bagdasaryan A., Grigorov YU., Perminov S., Vustina T., Mozgovaya I., Makarov V. (2006). Svoystva yedinoy sinbioticheskoy sistemy bifidobakteriy s prebiotikom Fibregum. [Properties of a single synbiotic system of bifidobacteria with the prebiotic Fibregum]. Biotekhnologiya. [Biotechnology]. 6. S. 51–62. [in Russian].
Didukh N., Mogilyanskaya N. (2008) K voprosu proizvodstva fermentirovannykh molochnykh napitkov diabeticheskogo naznacheniya. [On the production of fermented milk drinks for diabetic purposes]. Molochna promyslovistʹ. [Dairy industry]. 3(46). С.44 47. [in Russian].
Kihelʹ N., Shulʹha N. (2007). Zakvashuvalʹni kulʹtury dlya fermentovanykh molochnykh produktiv – sʹohodennya ta perspektyvy. [Fermentation crops for fermented dairy products - present and future]. Pyshchevye tekhnolohyy. [Food technology]. 2. S. 24–26. http://dspace.nuft.edu.ua/jspui/handle/123456789/19751. [in Ukrainian].
Nekrasov P., Tkachenko N. (2014). Innovative technology of combined bifidus containing fermented milk drinks of functional purpose. Food science and technology. 2(27). Р.49 56.
Patent № 83027 Ukrayina S2 MPK A61K31/7016, A61K31/702, A61P1/04, C07H3/00 Shtam bifidobacterium bifidum, kompozytsiya, shcho mistytʹ halaktoolihosakharydy, yiyi zastosuvannya ta sposib vyrobnytstva rechovyny dlya stymulyuvannya rostu bifidobakteriy. [Strain bifidobacterium bifidum, composition containing galactooligosaccharides, its use and method of producing a substance to stimulate the growth of bifidobacteria]. zayavl. 30.06.2004, opubl. 10.06.2008, Byul.№ 11.Zayavnyk: KLASADO INK. [in Ukrainian].
Didukh N. (2008). Naukovi osnovy rozrobky tekhnolohiy molochnykh produktiv funktsionalʹnoho pryznachennya. [Scientific bases of development of technologies of dairy products of functional purpose]. Dysertatsiya na zdobuttya naukovoho stupenya doktora tekhnichnykh nauk za spetsialʹnistyu 05.18.16 – tekhnolohiya produktiv kharchuvannya. Odesʹka natsionalʹna akademiya kharchovykh tekhnolohiy MON Ukrayiny, Odesa. [in Ukrainian].
Patent № 20422 Bilorusʹ, S1 MPK C 12N 9/38 Sposib otrymannya kompleksu biolohichno aktyvnykh rechovyn, shcho vklyuchaye b-halaktozydazu, halaktoolihosakharydy i polisakharydy. [A method of obtaining a complex of biologically active substances, including β-galactosidase, galactooligosaccharides and polysaccharides]. zayavl. 01.08.2012, opubl. 30.04.2014. Zayavnyk: Derzhavna naukova ustanova "Instytut mikrobiolohiyi Natsionalʹnoyi akademiyi nauk Bilorusi ". [in Russian].
Patent № 15050 Bilorusʹ S1 MPK C 12N 9/38, C 12N 1/20 Sposib otrymannya pozaklitynnoyi b-halaktozydazy. [The method of obtaining extracellular β-galactosidase]. zayavl.14.07.2009, opubl. 28.02.2011. Zayavnyk: Derzhavna naukova ustanova "Instytut mikrobiolohiyi Natsionalʹnoyi akademiyi nauk Bilorusi". [in Russian].
Petrov A., Matveyenko A., Strizhko M. (2013). Issledovaniye shtammov mikroorganizmov, obladayushchikh b-galaktozidaznoy aktivnost'yu i ikh analiz. [Study of strains of microorganisms with β-galactosidase activity and their analysis]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv. [Technique and technology of food production]. 1. S.16 20. [in Russian].
Khamagayeva I., Kachanina L., Tumurova S. (2006). Biotekhnologiya zakvasok propionovokislykh bakteriy. [Biotechnology of propionic acid bacteria starter cultures]. Ulan-Ude: Iz-vo VSGTU, 2006. 172 s. ISVN: 5-89230-197-4. [in Russian].
Artyukhova S., Gavrilova YU. (2010). Ispol'zovaniye probiotikov i prebiotikov v biotekhnologii proizvodstva bioproduktov: Monografiya. [The use of probiotics and prebiotics in biotechnology for the production of bioproducts: Monograph]. Omsk: izdatel'stvo OmGTU, 112s. [in Russian].
Danilov M. (2002). Kharakteristika mikroorganizmov, ispol'zuyemykh v proizvodstve molochnykh produktov, po b-galaktozidazniy aktivnosti. [Characterization of microorganisms used in the production of dairy products by β-galactosidase activity]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. [Izvestia of universities. Food technology]. 1. S.31. [in Russian].
Kanmani P. Kanmani P., Satish K., Yuvaraj N, Paari K., Pattukumar V., Arul V. (2013). Probiotics and its functionally valuable products – A review. Critical reviews in food science and nutrition. 53 (6). P. 641–658. doi: 10.1080/10408398.2011.553752.
Mitypova N. (2007). Razrabotka tekhnologii kontsentrirovannoy zakvaski na osnove simbioza probioticheskikh bakteriy. [Development of a concentrated culture technology based on the symbiosis of probiotic bacteria]. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk za spetsial'nost'yu 05.18.07 – biotekhnologiya pishchevykh produktov, Ulan Ude. [in Russian].
Patent № 56385 Ukrayina A 7C12N1/2O, A23C9/12 Sposib oderzhannya bakterialʹnoho kontsentratu pryamoho vnesennya dlya produktiv spetsialʹnoho pryznachennya. [Method for producing bacterial concentrate of direct application for special purpose products]. zayavl. 05.11.2001, opubl. 15.05.2003, Byul № 5. Zayavnyk: Tekhnolohichnyy instytut moloka ta m'yasa UAAN. [in Ukrainian].
Karasova P., Spiwok V., Mala S., Kralova B., Russell N. (2002). Beta-galactosidase activity in psychrophic microorganisms and their potential use in food industry. Czech J Food Sci. 20. Р. 43-47. doi:10.17221/3508-cjfs
Dymar O., Sokolovskaya L., Rayskiy A. (2013). Kombinatsiya fermentativnogo gidroliza laktozy i elektrodializa - osnova proizvodstva sgushchennykh i sukhikh molochnykh produktov novogo pokoleniya. [The combination of enzymatic hydrolysis of lactose and electrodialysis is the basis for the production of new generation condensed and dry milk products]. Pishchevaya promyshlennost': nauka i tekhnologii. [Food industry: science and technology]. 1. S. 55-64. [in Russian].
Sinel'nikov B., Khramtsov A., Yevdokimov I., Ryabtseva S., Serov A. (2007). Laktoza i yeye proizvodnyye. [Lactose and its derivatives]. nauch. red. akad. RASKHN A.G. Khramtsov.- SPb.: Professiya. 768 s., ISBN 978-5-93913-137-7. [in Russian].
Bukuru L. K., Skvortsov Ye. V., Bagayeva T. V., Kanarskaya Z. A. Êffektivnost' primeneniya b–galaktozidazy dlya polucheniya nizkolaktoznogo napitka na osnove molochnoy syvorotki. [Efficiency of β-galactosidase application for obtaining a low-lactose drink based on milk whey]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. [Technological University Bulletin]. 2017. 20(13). S.117-119. [in Russian].
Patent №37766 Ukrayina U MPK A23C21/00 Sposib vyrobnytstva nyzʹkolaktoznoho bifidovmisnoho kyslomolochnoho napoyu, [A method of producing a low-lactose bifid-containing fermented milk beverage] zayavl. 13.06.2008, opubl. 10.12.2008, Byul.№ 23. Zayavnyk: Odesʹka natsionalʹna akademiya kharchovykh tekhnolohiy. [in Ukrainian].
Patent № 60116 Ukrayina U MPK A23C 21/00 Sposib vyrobnytstva nyzʹkolaktoznoho bifidovmisnoho yohurtu funktsionalʹnoho pryznachennya, [A method of producing low-lactose bifid-containing yogurt for functional purposes], zayavl. 25.11.2010, opubl. 10.06.2011, Byul.№ 11. Zayavnyk: Odesʹka natsionalʹna akademiya kharchovykh tekhnolohiy. [in Ukrainian].
Patent №115612 Ukrayina S2 MPK A23C 9/12, A23C9/127 Sposib vyrobnytstva produktu kyslomolochnoho nyzʹkolaktoznoho, [Method for the production of low-lactose fermented milk product], zayavl. 09.03.2016, opubl. 27.11.2017, Byul. № 22 Zayavnyk: Instytut prodovolʹchykh resursiv. [in Ukrainian].
Khamagayeva I. (1989). Teoreticheskoye obosnovaniye i razrabotka tekhnologii kislomolochnykh produktov na osnove ispol'zovaniya b-galaktozidazy i bifidobakteriy [Theoretical substantiation and development of the technology of fermented milk products based on the use of β-galactosidase and bifidobacteria]: Avtoref. dis. d-ra tekhn. nauk. – Moskva: MTIMMP. 34 s. [in Russian].
Trojanová I, Vlková E, Rada V, Marounek M. (2006). Different utilization of glucose and raffinose in Bifidobacterium breve and Bifidobacterium animalis. Folia Microbiol (Praha). 51(4).Р.320-324. doi: 10.1007/BF02931824.
Lin M.Y., Yen C.L., Chen S.H. Management of lactose maldigestion by consuming milk containing lactobacilli.Dig.Dis.Sci.1998.43(1).P. 133-137. doi:10.1023/А: 1018840507952.
Anderson D., Mc Kay L. (1984). In vivo cloning of lac-genes in Streptococcus lactis ML3 Appl. Environ. Microbiol. 47(1). P.245-249 doi: 10.1128 / AEM.47.2.245-249.1984.
Patent № 30077 Ukrayina U MPK (2006) A23C21/00 Kompozytsiya dlya yohurtu diabetychnoho pryznachennya [Composition for diabetic yoghurt], A, zayavl. 18.10.2007. Zayavnyk: Odesʹka natsionalʹna akademiya kharchovykh tekhnolohiy. [in Ukrainian].
Arsen'yeva T.P. Issledovaniye i razrabotka nizkolaktoznykh kislomolochnykh napitkov lechebno-profilakticheskogo naznacheniya. [Research and development of low-lactose fermented milk drinks for therapeutic and prophylactic purposes]. Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet nizkotemperaturnykh i pishchevykh tekhnologiy. NIU ITMO. 2010. 2. S. 4-5. [in Russian].
Danylenko S., Naumenko O., Potemsʹka O. (2019). Biotekhnolohiya yak osnova suchasnykh tekhnolohiy vyrobnytstva kharchovykh produktiv. [Biotechnology as a basis of modern technologies of food production]. Prodovolʹchi resursy. [Food resources]. 12. S. 64-73. doi.org/10.31073/foodresources2019-12-07. [in Ukrainian].
Danylenko S.H., Kihelʹ N.F., Semenivsʹka O.A. Patent № 112353 Ukrayina MPK C12N 1/20, C12 R 1/225, C12R 1/46 Sposib konservuvannya biomasy zakvashuvalʹnykh kulʹtur, [Method of preserving biomass of fermenting crops], zayav. vid 27.04.2015, opubl.25.08.2015 Byul.№8. [in Ukrainian].
Romanchuk I., Minorova A. (2006). Doslidzhennya protsesu fermentatyvnoho hidrolizu laktozy u molochniy syrovattsi. [Investigation of the process of enzymatic hydrolysis of lactose in whey]. Visnyk ahrarnoyi nauky. [Bulletin of Agricultural Science]. 7. S.55-56. [in Ukrainian].
Yeresʹko H.O., Romanchuk I.O., Minorova A.V., Nedorizanyuk O.P. Patent № 38784 Ukrayina MPK A23S 21/00 Sposib vyrobnytstva syrovatky molochnoyi hidrolizovanoyi z·hushchenoyi, [A method of producing whey hydrolyzed condensed milk], zayavl.03.11.2006, opubl. 26.01.2009, Byul № 2. [in Ukrainian].
Romanchuk I., Moiseyeva L., Hondar O., Rudakova T. (2016). Zakonomirnosti formuvannya kyslomolochnykh z·hustkiv v molochnykh sumishakh z hidrolizovanoyu laktozoyu ta pidvyshchenym vmistom sukhykh rechovyn. [Regularities of formation of fermented milk clots in milk mixtures with hydrolyzed lactose and high dry matter content]. Prodovolʹchi resursy. Seriya: tekhnichni nauky. [Food resources. Series: technical sciences]. 6. S.107-112. [in Ukrainian].
Moiseyeva L., Romanchuk I., Minorova A., Rudakova T. (2020). Zakonomirnosti fermentatyvnoho hidrolizu laktozy u molochniy syrovyni. [Regularities of enzymatic hydrolysis of lactose in raw milk]. Prodovolʹchi resursy. [Food resources]. 14. S.165-174. doi.org/10.31073/foodresources2020-14-17. [in Ukrainian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори залишаються повноправними власниками своїх робіт без будь-яких обмежень. Редакція отримує лише невиключне право на оприлюднення, розповсюдження та індексацію матеріалів.
Журнал суворо дотримується етичних норм і запобігає плагіату для захисту інтелектуальної власності.
Публікації у збірнику здійснюються на умовах міжнародної ліцензії Creative Commons CC BY-NC-ND 4.0.
Згідно з цією ліцензією, користувачі мають право вільно копіювати та розповсюджувати матеріали (у будь-якому форматі чи на будь-яких носіях) для навчання та наукових досліджень. При цьому обов’язковим є дотримання таких вимог:
- Атрибуція: належне посилання на авторів, першоджерело та саму ліцензію.
- Некомерційність: заборона використання матеріалів з метою отримання прибутку.
- Без похідних творів: забороняється поширення змінених або перероблених версій оригінального тексту.
Збірник підтримує право авторів на самоархівування всіх версій статей (препринтів, постпринтів або опублікованих версій) в інституційних чи персональних репозитаріях. Доступ до таких матеріалів може бути відкритий негайно, за умови належної атрибуції статті у збірнику «Продовольчі ресурси» та дотримання умов ліцензії CC BY-NC-ND 4.0.
ISSN 
ISSN 
