Лактулозы в технологии продуктов питания

В Японии как в стране-основоположнице концепции функционального питания из 25 наименований функциональных ингредиентов 19 напрямую связаны с микрофлорой и только один из них - это пробиотик, штамм лактобациллы «LGG», а остальные - пребиотики.

К началу 90-х годов промышленные производства микроорганизмов для восстановления и поддержания микроэкологии кишечника существовали в Японии, США, Швеции, Франции. Однако бактерии-пробиотики очень восприимчивы к внешним факторам воздействия. Попадая в кислую среду желудка или щелочную в двенадцатиперстной кишке, большая часть полезной микрофлоры погибает, и лишь незначительная часть достигает толстого кишечника. Следовательно, для получения клинического эффекта в продукт надо вносить большое количество живых клеток, что делает его дорогим для массового и повседневного питания. Микрофлору, прошедшую барьеры желудочно-кишечного тракта, необходимо обеспечить субстратами для эффективного существования. Это доказывает перспективность использования в продуктах питания не пробиотиков, а пребиотиков, которые стимулируют развитие в организме человека пробиотической микрофлоры.

Доказано, что и деальным бифидус-фактором является лактулоза, которая относится к классу олигосахаридов и подклассу дисахаридов. Теоретические и практически принципы создания отечественной лактулозы разработаны академиками РАСХН, докторами технических наук, профессорами, лауреатами Премии Правительства РФ в области науки и техники А.Г. Храмцовым и В.Д. Харитоновым, их учениками и последователями (И.А. Евдокимовым, С.А. Рябцевой, В.В. Кимом, А.В. Серовым и другими). 21 марта 2002 г. был подписан Указ Правительства РФ о присуждении коллективу, воплотившему проект «Разработка технологии и организация производства отечественного пребиотика лактулозы для продуктов функционального питания и напитков нового поколения», высокой награды.

Лактулоза открыта в 1920 г. и впервые описана в 1929 г. В 1948 г. Ф. Петуэли и Ж. Кристан выделили из состава женского молока вещество, активизирующее рост бифидобактерий, и, не зная его строение, определили как «бифидус-фактор». В 1950 г. Ф. Петуэли сделал сообщение об определении химического строения бифидус-фактора, как углевода из группы дисахаридов и назвал его «лактулозой». В медицинской практике лактулозу используют с 1951 г.

Молекула лактулозы состоит из остатков галактозы и фруктозы. Конформация лактулозы существенно влияет на ее физико-химические свойства, а присутствие минорных сахаров (лактозы, галактозы, тагатозы) не играет значительной роли. Вместе с тем конфигурация и конформация молекулы лактулозы определяет еще и потребительские свойства - сладость, которая составляет 0, 7 единиц в сравнении с сахарозой.

Лактулоза широко используется как профилактическое и терапевтическое средство при ряде заболеваний, особенно в случаях формирования дисбиотических явлений. Она считается классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника. Лактулоза подвергается метаболизму не только бифидобактериями, но и молочнокислыми бактериями. Вследствие этого снижается активность образования аммиака из аминокислот и мочевины. В результате перехода в ионизированную аммонийную форму уменьшается всасывание аммиака в кровь. Основные механизмы действия лактулозы расшифрованы, однако реальные биохимические процессы до конца не изучены, что явилось поводом для обширных токсикологических и клинических испытаний отечественных концентратов.

По данным японского исследователя в области продуктов функционального питания Г. Мизоты, к основным свойствам лактулозы относятся:

- увеличение численности бифидо- и лактобактерий;

- подавление патогенной и условно-патогенной микрофлоры;

- подавление токсичных метаболитов и вредных ферментов;

- увеличение абсорбции минералов и укрепление костей;

- облегчение запора, к которому приводит не только способность лактулозы к связыванию воды, но и изменение рН фекалий;

- стимулирование функции печени;

- активизация иммунной системы, связанная с увеличением количества бактерий, стимулирующих иммуногенез;

- антиканцерогенный эффект, связанный с активизацией иммунной системы клетками бифидобактерий.

Мировым лидером в производстве лактулозы и функциональных продуктов питания, обогащенных ею, является японская корпорация Morinaga Milk Industry Co. Именно эта компания в начале 1960-х годов сосредоточила свои усилия на проведении исследований по воздействию лактулозы на организм человека. Данные по ее благотворному действию на организм человека были настолько убедительными, что этот продукт открыл широкую дорогу развитию функционального питания и индустрии пребиотиков в мире.

Первые попытки получения лактулозы из растворов молочного сахара проведены во Всесоюзном научно-исследовательском институте маслоделия и сыроделия в 60-70-х г. ХХ века. В настоящее время более 30 молочных заводов выпускают продукты, обогащенные лактулозой, под торговой маркой «Божья коровка». Профессора А.Г. Храмцов, В.Д. Харитонов и И.А. Евдокимов отмечают, что годовой объем потребности лактулозы для внутреннего рынка составляет: для заменителей женского молока и продуктов детского питания – 7-10 тыс. т., для функционального питания - 2-3 тыс. т. Лактулозу вырабатывают, главным образом, в виде сиропа с массовой долей лактулозы 40 % под названием «Лактусан». На его основе специалисты ВНИМИ и СевКавГТУ получили два варианта сухой лактулозы (табл. 6.4).

Сухие образцы лактулозы характеризуются мелкодисперсной структурой, имеют белый цвет, хорошую сыпучесть, а также повышенную гигроскопичность, кроме композиций, содержащих белковые наполнители. Так, гигроскопичность сухой лактулозы составляет 22, 8 %, сухой лактулозы с растительным и молочным белком 16, 7 и 15, 3 % соответственно (гигроскопичность сухой сыворотки - 21, 1%, у сухой молочной сыворотки с кристаллизованной более 90 % лактозы - 14, 0 %, у сухого обезжиренного молока - 10, 5 %).

Таблица 6.4

Характеристика препаратов лактулозы (по данным В.Д. Харитонова, Ю.И. Филатова, Д.В. Харитонова, В.В. Кима)

По данным В.П. Шидловской, в результате тепловой обработки молока и молочных продуктов в них возможно образование лактулозы. Выявлено, что в процессе изомеризации лактозы на начальном этапе скорость образования лактулозы из a-формы лактозы выше, чем из b-лактозы, затем она стабилизируется. На образование лактулозы оказывает влияние состав и свойства молочных систем: содержание белков и липидов, присутствие солей органических кислот, рН среды и другие частные факторы (табл. 6.5).

В 1980 г. Olano A. предложено использовать присутствие лактулозы в качестве индикатора тепловой обработки молока: при содержании лактулозы ниже 70 мг/100 мл, но не ниже 10 мг/100 мл молоко идентифицировать как молоко УВТ-обработки, выше этой величины, как стерилизованное в упаковке.

Таблица 6.5

Содержание лактулозы в молочных продуктах

в зависимости от способа тепловой обработки

____________

^* мг/100 г

Для приготовления и рафинации раствора молочного сахара-сырца используют водопроводную питьевую воду. Готовность полученного раствора определяют по его плотности, которая при 70-75^оС должна составлять 1045-1047 кг/м³. В раствор вносят 1, 5-2, 0 % осветляющего угля марки «МД» и 1, 0-1, 5 % кизельгура-диатомита (к массе молочного сахара-сырца). При непрерывном перемешивании раствор выдерживают 20-30 минут при температуре 70-75^оС и направляют для фильтрации на аппараты типа фильтр-пресс. Целесообразно подачу сиропа на фильтр-пресс осуществлять давлением сжатого воздуха. Для этого растворение и рафинирование сахара-сырца проводят в герметических сосудах (реакторах). Рафинированный раствор молочного сахара (фильтрат) направляют на изомеризацию. Процесс изомеризации включает в себя известкование раствора лактозы, термостатирование и нейтрализацию. Он осуществляется в аппаратах, конструкция которых аналогична оборудованию, используемому для рафинации.

В рафинированный раствор молочного сахара, имеющий температуру 70^оС, вносят предварительно подготовленный 20 % раствор (суспензию) гидрата окиси кальция в количестве около 5 л на 1 м³ раствора и 20 %-й раствор едкого натра в количестве около 8, 0 л на 1 м³ раствора. Затем раствор молочного сахара термостатируют при температуре 70^оС в течение 15-20 минут, после чего нейтрализуют 20%-м раствором лимонной кислоты. Значение рН раствора после внесения гидрата окиси и едкого натра должно быть не менее 10, 0. Нейтрализация раствора молочного сахара должна начинаться при значениях рН 8, 8-9, 0. Раствор молочного сахара нейтрализуется до значения рН 6, 5-6, 8. Количество раствора лимонной кислоты при этом должно составлять около 4, 0 дм³ на 1 м³ перерабатываемого раствора молочного сахара. Нейтрализованный раствор подается на фильтрацию. Фильтрация также производится на фильтр-прессах. Очищенный раствор направляется на сгущение в вакуум-выпарных установках любой конструкции при температуре не выше 70⁰С. Готовность сгущенного раствора определяется по плотности, которая при температуре 70^оС должна быть 1300 кг/м³. Сгущенный раствор направляется на охлаждение и кристаллизацию.

Кристаллизация осуществляется в ваннах-кристаллизаторах, обеспечивающих охлаждение и перемешивание раствора. Режим кристаллизации лактозы следующий: раствор медленно (со средней скоростью 2-3^оС в час) охлаждают при непрерывном перемешивании до температуры 5-10^оС. По достижении указанной температуры раствор выдерживают в течение 1-2 ч.

Полученный кристаллизат направляют на центрифугирование для отделения кристаллов лактозы. Операция центрифугирования выполняется на центрифугах фильтрующегося или разделительного типов. Кристаллы лактозы, выделившиеся в процессе центрифугирования, направляются на повторное растворение.

Физико-химические и органолептические показатели сиропа лактулозы приведены в табл. 6.6.

Таблица 6.6