一種抑制低乳糖奶褐變的方法及其產品的製作方法

2023-12-09 08:55:01 6

專利名稱：一種抑制低乳糖奶褐變的方法及其產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種牛奶的處理方法以及用此方法得到的產品，具體的說，涉及一種抑制低乳糖奶褐變的方法，以及用此方法得到的無褐變牛奶。屬於乳製品和乳品加工處理的領域。
背景技術：
乳是各種哺乳動物哺育其幼仔的最理想的天然食物，富含優質蛋白、乳脂、乳糖等營養成分和鈣、磷、鉀等礦物質及多種維生素。在發達國家中，乳與乳製品已經成為人們飲食的重要組成內容；我國新修訂的《中國居民膳食指南》中明確強調了「一人一天一杯奶(250ml)」，而且WHO也把人均乳品消費量列為衡量一個國家人們生活水平的主要指標。由此可見，牛乳在人們飲食中具有的重要作用。
儘管牛乳具有優良的營養價值，但在我國，2000年乳製品的年人均消費量不足10Kg，遠遠低於世界年人均乳品消費量(100Kg)。除了我國乳業發展及加工水平相對滯後外，乳糖不耐症也在一定程度限制了乳製品在我國的推廣。
牛乳中乳糖含量約為4.8％(顧瑞霞，2000)，佔牛奶總糖的99％以上。正常生理條件下，乳糖經小腸內乳糖酶作用後，水解為葡萄糖和半乳糖才能被人體吸收。調查表明，全世界(特別是亞非國家)約有70％人體內缺少乳糖酶，這些人群中攝入牛乳後，出現腹瀉、腸胃脹氣等不良反應，即乳糖不耐症(Fox etal.，1992)。因此，在乳品加工的過程中，利用乳糖酶降解乳糖生產的低乳糖奶不但能給人們提供優質糖原，對患有乳糖不耐症的人群來說，也大大增加他們的牛奶攝入量。
中國專利CN1258452A公開了一種用固相化嗜熱菌乳糖酶生產低乳糖牛奶的方法，其中，公開了用固相化嗜熱菌乳糖酶生產低乳糖牛奶方法的溫度參數和菌種使用方法，但是在滅菌的過程中，會由於分解得到的還原糖中的羰基與賴氨酸中ε-氨基結合，發生美拉德反應，導致低乳糖奶產生非酶褐變。無法得到合格的產品。
因為在低乳糖奶在加工過程中，乳糖被分解為葡萄糖和半乳糖，一方面增加了甜度，賦予低乳糖奶良好的口感和風味；另一方面，大量還原糖中的羰基與賴氨酸中ε-氨基結合，發生美拉德反應，導致低乳糖奶產生非酶褐變。
美拉德反應是在高溫加熱條件下，蛋白質與糖之間發生羰-氨反應，它是乳與乳製品產生褐變的重要因素。美拉德反應的第一步是氨基與羰基以開鏈形式反應，生成Schiff’s鹼，其後是Amadori分子重排反應，生成N-取代-1氨基-1-脫氧-2-酮糖，該物質無色，不吸收紫外區附近的光線，隨著反應的進行，該物質烯醇化為1，2-單烯氨基醇或2，3-烯三醇，前者最終形成5-羥甲基糠醛(5-Hydroxymethylfurfural，5-HMF)(郭本恆，2001)。5-HMF的積累與褐變有很大的相關性(Ferrer et al.，2000)，因為5-HMF可斷裂形成α-二羰基化合物，該羰基化合物與胺反應產生的類黑精(Morale et al.，1992)，是導致乳和乳製品褐變的重要因素。因此，可以通過控制5-HMF產生來降低產品褐變的程度。
本發明利用乳糖酶水解生產低乳糖奶，利用HPLC法(Morales et al.，1992)測定美拉德反應的主要中間產物5-HMF的含量，並以此為根據分析不同生產條件和不同抑制劑對低乳糖奶中5-HMF含量的影響。此外，本發明還針對不同滅菌條件和水解度條件下所得的低乳糖奶的色差進行了測定，分析色差與5-HMF含量之間的關係。

發明內容本發明的目的是提供一種提供一種方法來處理牛奶，使其具有低乳糖的特性，同時抑制分解糖分的時候所產生的褐變，而且風味潔淨和新鮮；本發明的另一個目的是提供一種無褐變的低乳糖牛奶。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是取一定量的牛奶，在pH為6.6～6.8、溫度8～9℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰～0.75‰(重量份)，酶解時間14～8小時；，優選用0.5‰(重量份)酶用量酶解14小時，或0.75‰(重量份)酶用量酶解8小時。
還可以進行高溫酶解，即在37～40℃時，酶用量為0.5‰～0.75‰(重量份)，時間3～2小時，優選在37℃下，用0.5‰(重量份)酶用量酶解3小時，或40℃下用0.75‰(重量份)酶量酶解2小時；可以達到滿足水解率70％以上，水解速度快；滅菌過程中，操作參數選擇如下在138-140℃下滅菌4.5-3.5s；在滅菌過程中加入抑制劑亞硫酸鈉或半胱氨酸。
考慮到成本和水解率，在實際生產中生產低乳糖奶，不需要將乳糖全部分解，當低乳糖奶中乳糖的水解率達70％時，就可解決乳糖不耐症的問題。水解率在70％左右時，5-HMF含量較低。因此，可以在滿足生產要求的情況下控制低乳糖奶的水解率來減少5-HMF的產生。

圖1是利用乳糖酶降解牛乳中的乳糖來生產無褐變低乳糖奶的工藝流程圖2是低溫酶解(8～10℃)時水解率的變化情況；圖3是高溫酶解(37～40℃)時水解率的變化情況；圖4是HPLC法檢測5-HMF的圖譜的出峰情況；圖5是5-HMF含量(C5-HMF)和峰面積(Aera)的線性關係；圖6是水解率對低乳糖奶中5-HMF含量的影響；圖7是滅菌溫度對5-HMF含量的影響；圖8抑制劑對不同滅菌溫度低乳糖奶中5-HMF含量的影響；圖9抑制劑對不同水解率低乳糖奶中5-HMF含量影響；圖10表示包含鏡面反射時5-HMF含量與色差(ΔL*、Δa*和Δb*)的關係；圖11表示排除鏡面反射時5-HMF含量與色差(ΔL*、Δa*和Δb*)的關係。
具體實施方式以下實施例結合附圖用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
圖1所示的低乳糖奶生產工藝中，5-HMF主要產生於滅菌階段，此階段的高溫條件是引起美拉德反應的主要因素；在圖2中，低溫條件下生產低乳糖奶，酶用量為0.1‰和0.25‰時，水解率在4～16小時較低；酶用量為0.5‰和0.75‰，水解率上升較快，分別在14小時和8小時達到70％以上；在圖3中，高溫條件下生產低乳糖奶，酶用量為0.1‰和0.25‰時，水解率在1～5小時較低；酶用量為0.5‰和0.75‰，水解率上升較快，分別在3小時和2小時後達到70％以上；從圖4中可以看出，保留時間在3.1min左右時，a峰、b峰、c峰的峰面積隨著進樣濃度增加而依次增大，即a、b和c處為5-HMF經HPLC分析的出峰情況。
以樣品的濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，作5-HMF的標準曲線，得到濃度與峰面積的線性關係，結果如圖5所示。5-HMF含量表示為C5-HMF，線性方程為Aera＝14363C5-HMF+2.1617，二者之間的相關性達99.89％。
經過預處理的待測樣品經HPLC法檢測後，獲得峰面積，然後根據圖5所示的標準曲線，計算即可得到樣品中5-HMF的含量。
低乳糖奶生產過程中，隨著水解率增加，還原糖含量升高。在139℃滅菌4s的情況下，水解率對於滅菌後低乳糖奶中5-HMF含量的影響如圖6。
從圖6中可以看出，隨著水解率升高，低乳糖奶中5-HMF含量增加。發明人發現，當低乳糖奶中乳糖的水解率達70％時，就可解決乳糖不耐症的問題。由圖6可知，水解率在70％左右時，5-HMF含量較低。因此，可以在滿足生產要求的情況下控制低乳糖奶的水解率來減少5-HMF的產生。
生產低乳糖奶的過程中，酶解結束後要對酶解液高溫處理，以達到滅酶、滅菌，從而延長保質期的目的。而最容易發生美拉德反應的也是滅菌階段。在高溫滅菌條件下，低乳糖奶中含有的還原糖與蛋白質的胺基酸殘基反應，產生了美拉德反應的中間產物5-HMF。不同滅菌溫度和保溫時間對低乳糖奶中5-HMF含量的影響如圖7。
如圖7，滅菌溫度和時間對5-HMF的含量都有影響。滅菌溫度越高，低乳糖奶產生的5-HMF含量也多；滅菌時間越長，5-HMF含量越高。在生產長保質期滅菌奶時，實際生產中多採用139℃、4s或135℃、15s進行超高溫滅菌，從圖7可以看出，滅菌條件為139℃、4s時，產生的5-HMF含量更少。
從圖8中可以看出，在所有滅菌溫度下，即使滅菌時間較長(15s)，添加抑制劑後的低乳糖奶中5-HMF含量都低於未添加任何抑制劑的低乳糖奶中5-HMF含量。添加抑制劑亞硫酸鈉或半胱氨酸後，5-HMF的含量受到滅菌溫度的影響較小，但半胱氨酸抑制5-HMF產生的效果更好。
發明人分析了滅菌條件為139℃、4s時，添加抑制劑對不同水解率低乳糖奶中5-HMF含量影響，結果如圖9。如圖9，添加抑制劑後，不同水解率的低乳糖奶中5-HMF含量都低於沒有添加任何抑制劑的低乳糖奶。隨著水解率升高，添加抑制劑後的低乳糖奶中5-HMF的增加量低於未添加抑制劑的產品，且在所有水解率條件下，半胱氨酸抑制5-HMF產生的效果更好。
如圖10所示，包含鏡面反射的情況下，亮度值ΔL*隨著5-HMF含量升高而降低，即低乳糖奶的顏色隨5-HMF含量升高而逐步加深，而且這種顏色的變化可以肉眼觀察。5-HMF含量和ΔL*之間存在二項式關係，同前，將5-HMF含量表示為C5-HMF，ΔL*和C5-HMF之間的數學關係為ΔL*＝-0.004(C5-HMF)2-0.3154C5-HMF+0.1381，相關性達99.44％。而紅度值Δa*和黃度值Δb*隨著5-HMF含量的升高而升高。Δa*和C5-HMF之間的數學關係表示為Δa*＝-0.0027(C5-HMF)2+0.2697C5-HMF-0.1581相關性達99.07％。Δb*和C5-HMF之間的數學關係表示為Δb*＝0.0036(C5-HMF)2+0.2369C5-HMF-0.5693，相關性為94.91％。
如圖11，在排除鏡面反射的情況下，5-HMF含量與色差(ΔL*、Δa*和Δb*)也存在與包含鏡面反射時相同的趨勢。亮度值ΔL*隨5-HMF含量升高而降低，二者之間的數學關係為ΔL*＝-0.0058(C5-HMF)2-0.3129 C5-HMF+0.1389，相關性達99.58％。紅度值Δa*和黃度值Δb*隨著5-HMF含量的升高而升高。Δa*和C5-HMF之間的數學關係表示為Δa*＝-0.0024(C5-HMF)2+0.2854C5-HMF-0.1671，相關性為99.15％。Δb*和C5-HMF之間的數學關係表示為Δb*＝0.0063(C5-HMF)2+0.2371C5-HMF-0.6319，相關性為95.56％。
從上面的分析可知，低乳糖奶中5-HMF含量與其色差(ΔL*、Δa*和Δb*)存在二項式關係。無論檢測過程中，比色杯的鏡面反射存在與否，低乳糖奶的亮度值ΔL*隨5-HMF含量升高而降低，紅度值Δa*和黃度值Δb*均隨5-HMF含量升高而升高。
為了明確低乳糖奶中5-HMF含量與色差的關係，本發明人檢測了不同5-HMF含量的情況下，色差(ΔL*、Δa*和Δb*)的變化情況，同時分析了5-HMF含量和色差之間的數學關係。圖10表示包含鏡面反射時5-HMF含量與色差(ΔL*、Δa*和Δb*)的關係，圖11表示排除鏡面反射時5-HMF含量與色差(ΔL*、Δa*和Δb*)的關係。
實施例1HPLC法檢測5-HMF本發明中，採用HPLC法測定乳中5-HMF含量。取三種不同濃度(1.1088μmol/ml、3.3264μmol/ml、6.6528μmol/ml)的5-HMF標準品，用HPLC進行分析，測定在280nm處的吸收，進樣量為20μl。
實施例2低乳糖奶中5-HMF含量和色差的關係發明人分析了低乳糖奶中5-HMF含量與色差的關係，來驗證使用測定5-HMF含量來監測低乳糖奶褐變的可行性。
利用乳糖酶水解牛乳，在水解度分別為52.1％、68.7％、69.6％和76.1％時取樣，並對所得不同水解率的樣品進行兩種處理85℃滅菌15min，121℃滅菌10min，然後測定各樣品的5-HMF含量和色差(ΔL*、Δa*和Δb*)。兩種滅菌條件下色差的檢測分別以對應滅菌條件的原料奶為標準樣品。原料奶經85℃滅菌15min後，L*＝76.81，a*＝-2.11，b*＝4.36；原料奶經121℃滅菌10min後，L*＝73.02，a*＝1.0，b*＝10.10。經酶解後所得低乳糖樣品中5-HMF含量和其色差結果如表1表1兩種滅菌條件下不同水解度低乳糖奶中5-HMF和色差值
如表1，高溫滅菌(121℃滅菌10min)條件下，低乳糖奶的5-HMF含量遠遠高於低溫滅菌(85℃滅菌15min)，同時，亮度值ΔL*遠遠低於低溫滅菌時的值。可見，水解率相同的情況下，高溫滅菌時低乳糖奶產品的顏色更深。
採用同樣的方法，分析了不同滅菌條件下，水解率為68.1％的低乳糖奶中5-HMF含量和色差，如表2。
表2不同滅菌條件下低乳糖奶中5-HMF含量和色差
從表2中可知，滅菌溫度升高，低乳糖奶中5-HMF含量升高，低乳糖奶產品顏色加深。
從表1和表2可以看出，不同的處理條件下，低乳糖奶中5-HMF的含量有很大變化，同時，其色差值也隨著5-HMF含量的變化而變化。
實施例3主要儀器島津-高效液相色譜儀，SPD-10AVP/10AVVP紫外-可見檢測器，DGU-12A自動脫氣裝置，美國Rite SP62分光光度儀試劑乳糖酶(EC 3.2.1.23)，5-羥甲基糠醛(5-HMF，Sigma)，甲醇(RomilChemicals，色譜純)，結晶乙酸鈉、乙酸、三氯乙酸、草酸、抑制劑亞硫酸鈉和半胱氨酸均為分析純，雙蒸水。
乳糖水解率的測定乳糖水解率採用酶催法，利用試劑盒進行測定。
原理牛乳中一分子乳糖經乳糖酶水解後，產生一分子葡萄糖和一分子半乳糖，因此，可用葡萄糖氧化酶-過氧化物酶法專一地檢測牛乳中葡萄糖的含量，從而可知乳糖的水解率。葡萄糖經葡萄糖氧化酶生成葡萄糖酸和過氧化氫，過氧化氫進一步經過氧化物酶氧化後釋放出新生態氧，該氧在苯酚存在的條件下，能使無色4-氨基安替吡啉(還原型)氧化成紅色醌型化合物(氧化型)，該物質在505nm處有最大吸光值，且顏色的深淺與樣品中葡萄糖含量成正比。反應條件為37℃、15min，反應過程可用下式表示
樣品中葡萄糖含量和乳糖水解率按下式計算樣品中葡萄糖含量(g/L)＝(測定管吸光度/標準管吸光度)×標準濃度乳糖水解率(％)＝(2×樣品中葡萄糖含量)/乳糖含量×100％實施例4酶解條件的確定利用乳糖酶(EC 3.2.1.23)水解乳糖，生產低乳糖奶。模擬生產條件，採用低溫酶解(8～10℃)和高溫(37～40℃)酶解，pH6.6～6.8，酶用量均設4個濃度0.1‰、0.25‰、0.5‰、0.75‰。監測低溫酶解過程4～16小時水解率的變化，以及高溫酶解過程1～5小時水解率的變化情況，然後確定酶用量和酶解時間。
5-HMF含量的測定利用HPLC法測定5-HMF含量(Morales et al.，1992)。
色譜條件如下色譜柱Resolve C18色譜柱(150mm×4.0mm，大連依利特科學儀器有限公司)流動相0.1M pH3.8醋酸鈉緩衝液∶甲醇＝92∶10檢測波長紫外檢測器檢測，波長280nm進樣量20μl標準溶液的配製先將0.056g 5-HMF標準品溶解，定容到200ml配製成原液，再分別取0.1ml、0.3ml、0.6ml原液，加入5ml 0.15M草酸、3ml 40％TCA和10ml4％TCA，然後定容到25ml。
樣品預處理方法參照Ferrer(2000)，具體流程如下向15ml牛奶中添加5ml0.15M草酸溶液，混勻後在沸水中加熱25min。待混合物冷卻至室溫，再加入3ml40％TCA，充分振蕩，離心(2000×g，15min)，收集上清液。再向離心沉澱中加入10ml 4％TCA，混勻後離心(2000×g，15min)，收集上清液。合併兩次離心的上清液，測定體積，然後通過微濾膜(0.45μm)，所得濾液用HPLC進行檢測。
實施例5色差檢測利用上述乳糖酶製備低乳糖奶，酶用量為0.5‰。
所得低乳糖奶樣品的色差用美國Rite SP 62分光光度計測定。步驟將分光光度計置於差異顯示模式，然後用白標準進行校準；將樣品標準注入比色池，比色池置於專用比色架上，先測定標準樣品的色差，然後再用相同的方法測定樣品的色差。以CIE L*a*b*為樣品色差的容差模式(Bertelli et al.，1996)，L*為亮度值，a*紅度值，b*為黃度值，L*、a*和b*的變化按下式計算ΔL*＝L*-L*0(L*為樣品亮度值，L*0為標準樣品亮度值)Δa*＝a*-a*0(a*為樣品紅度值，a*0為標準樣品紅度值)Δb*＝b*-b*0(b*為樣品黃度值，b*0為標準樣品黃度值)所得結果中，若ΔL*為正，說明樣品亮度值比標準樣品高，顏色淺；若ΔL*為負，說明樣品亮度值比標準樣品低，顏色深。
實施例6取一定量的牛奶，在pH為6.6、溫度9℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰(重量份)，酶解時間14小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在139℃下滅菌4s。
實施例7取一定量的牛奶，在pH為6.8、溫度9℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.75‰(重量份)，酶解時間8小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在138℃下滅菌4.5s。
實施例8一種抑制低乳糖奶褐變的方法，其特徵在於取一定量的牛奶，在pH為6.8、溫度8℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.75‰(重量份)，酶解時間8小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在140℃下滅菌4.5s。
實施例9一種抑制低乳糖奶褐變的方法，其特徵在於取一定量的牛奶，在pH為6.6、溫度37℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.75‰(重量份)，酶解時間2小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在139℃下滅菌4s。
實施例10一種抑制低乳糖奶褐變的方法，其特徵在於取一定量的牛奶，在pH為6.6、溫度40℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰(重量份)，酶解時間14小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在139℃下滅菌4s。
實施例11一種抑制低乳糖奶褐變的方法，其特徵在於取一定量的牛奶，在pH為6.8、溫度40℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰(重量份)，酶解時間14小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在139℃下滅菌4s。本發明的效果如下經過本發明經過參數的選擇，酶解的時間和參數，滅菌溫度和水解率，抑制劑的選擇，在經過大量的實驗後，本發明人得到了最優參數，使得製備低乳糖奶的過程中，很好地抑制褐變，而且能達到預期的效果。
權利要求
1.一種抑制低乳糖奶褐變的方法，其特徵在於取一定量的牛奶，在pH為6.6～6.8、溫度8～9℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰～0.75‰(重量份)，酶解時間14～8小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在138-140℃下滅菌4.5-3.5s。
2.如權利要求1所說的抑制低乳糖奶褐變的方法，其中，在滅菌過程中加入抑制劑亞硫酸鈉或半胱氨酸。
3.如權利要求1或2所說的抑制低乳糖奶褐變的方法，其中所說的酶解條件為37～40℃時，乳糖酶的用量為0.5‰～0.75‰(重量份)，酶解時間3～2小時。
4.如權利要求3所說的抑制低乳糖奶褐變的方法，其中所說的酶解條件為40℃，乳糖酶的用量為0.75‰(重量份)，酶解時間2小時。
5.如權利要求3所說的抑制低乳糖奶褐變的方法，其中所說的酶解條件為37℃，乳糖酶的用量為0.5‰(重量份)，酶解時間3小時。
6.如權利要求1或3所說的抑制低乳糖奶褐變的方法，其中，在139℃下滅菌4s。
7.一種無褐變低乳糖奶，其特徵在於用權利要求1-6中任何一項所述方法來生產。
全文摘要
本發明涉及一種牛奶的處理方法以及用此方法得到的產品，具體的說，涉及一種抑制低乳糖奶褐變的方法及其產品。屬於乳製品和乳品加工處理的領域。在pH為6.6～6.8、溫度8～9℃的條件下，向牛奶中加入乳糖酶，其中酶用量為0.5‰～0.75‰，酶解時間14～8小時；滅菌過程中，操作參數選擇如下在138－140℃下滅菌4.5－3.5s。同時，在滅菌過程中加入抑制劑A或B。處理後的牛奶，具有低乳糖的特性，同時抑制分解糖分的時候所產生的褐變，而且風味潔淨和新鮮。
文檔編號A23C9/152GK1631184SQ200310121748
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月22日 優先權日2003年12月22日
發明者李文, 張雪梅, 盧陽, 佘國慶, 呂加平, 陳歷俊 申請人:北京三元食品股份有限公司