专利名称：一种富含低聚半乳糖奶的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种富含低聚半乳糖奶的生产方法，尤其是一种通过固定化 e-半乳糖苷酶水解牛乳中的乳糖生产富含低聚半乳糖奶的方法，属于乳品技 术领域。體絲乳糖是奶类中特有的糖类。正常情况下，乳糖可在人体小肠上皮细胞的 乳糖酶的作用下，水解成葡萄糖和半乳糖后被吸收而进入血液。但是随着年 龄的增长，人体内乳糖酶活性下降。若一次摄入过多乳糖，乳糖未能被及时 消化吸收，进入结肠后被肠道细菌分解，产生大量的乳酸、甲酸等短链脂肪 酸和氢气，造成渗透压升高，使肠腔中的水分增多，引起腹胀、肠鸣、肠绞 痛，直至发生腹泻等乳糖不耐受症状。低聚半乳糖(galacto-oligosaccharides， GOS)是母乳中的天然组分之一， 是双歧杆菌增殖因子。它是在乳糖的半乳糖基一侧又以P(1—3)， P(1—4)或 P(1—6)键连接半乳糖，其中以P(1—4)键为主。GOS是在P-半乳糖苷酶(商 品名乳糖酶)水解乳糖的催化过程中形成的，结构式为(gal)n2glu， 一般由 2 5个单糖构成，半乳糖间以P(1—6)糖苷键为主。过去e-半乳糖苷酶的 研究主要是利用其水解性质将乳糖降解为单糖组分，葡萄糖和半乳糖。P -半乳糖苷酶(P -galactoside)又称P -D-半乳糖苷半乳糖水解酶(P -D-galactoside-hydrolase， EC.3.2.1.23)，商品名为乳糖酶。P-半乳糖苷酶能够 催化P -半乳糖苷化合物中的P -半乳糖苷键发生水解，还具有转半乳糖苷的作 用。近年来GOS是由于其特殊的生理功能越来越多的受到重视。e-半乳糖 苷酶在催化过程中，当形成的中间复合物"乳糖酶-半乳糖苷"将半乳糖转给 水分子上的羟基受体时，就形成了半乳糖，这就是我们通常所说的水解反应。 当以其他亲核受体如糖、醇作为受体时，就形成了各种半乳糖苷低聚物。P-半乳糖苷酶的1个酶活力单位是指在特定条件G7'C，其它为最适条 件)下，在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量，或是转化底物中1微摩尔 的有关基团的酶量。
酶法生产的GOS是一种具有天然属性的低聚多糖，安全可靠，并且由于 其结构与人类母乳中的GOS —样，摄入GOS对人体大肠内双歧杆菌有增殖 作用，改善肠道菌群结构，并抑制肠内有害菌群的繁殖，降低肠道内的毒性， 提高机体免疫力。GOS是真正意义上的双歧杆菌生长促进因子，可以广泛应 用于食品工业，生产功能性产品，如酵奶、饮料、冰淇淋、糖果、奶粉、口 服液等产品，潜在用户众多，市场前景广阔。发明内容本发明的目的是提供一种通过P -半乳糖苷酶水解牛乳中的乳糖生产富含 低聚半乳糖奶的方法。本发明富含低聚半乳糖奶的生产方法，牛乳经加热，分离脂肪，巴氏杀 菌后，冷却到一定温度，再经固定化e-半乳糖苷酶水解，超高温(UHT)杀 菌后冷却包装。在本发明中，所选取的固定化载体为带有酰肼基团的颗粒状载体(具有微孔)，所选用的酶为e-半乳糖苷酶。首先取一定量的带有酰肼基团的颗粒，然后加入浓度为2%的戊二醛静置0.5-1小时，载体的酰肼基团和戊二醛的醛 基反应生成活化载体，然后用无菌水清洗残留在活化载体上的戊二醛，加入 P -半乳糖苷酶静置2-4小时，活化载体的醛基和e -半乳糖苷酶的氨基结合， 形成固定化3 -半乳糖苷酶，用无菌水洗去残留的P -半乳糖苷酶即得固定化P -半乳糖苷酶。本发明中，P-半乳糖苷酶装在不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm， 分为2 10个等长的阶段，用5 30L (根据酶活力单位和反应柱的体积，按照 密度约1，计算而得质量克数为14000-80000g)的固定化e-半乳糖苷酶堵塞。 优选组合是反应柱150X450mm，分为5个等长的阶段，用15.0L的固定化 P-半乳糖苷酶堵塞。。本发明中，固定化P-半乳糖苷酶的活力单位为60~150u/g，优选是 120u/g。本发明中，固定化P -半乳糖苷酶填充在反应柱中的水解温度在4~60°C ， 优选42°C。本发明中，e-半乳糖苷酶的水解时间在5 180min，优选90min。 本发明中，e-半乳糖苷酶的水解pH值在5.5 7.0，优选5.8。
有益效果1、 低聚半乳糖被肠道细菌利用的情况作为一种有效的前生素，糖类"双歧因子"应能被双歧杆菌选择性吸收。多种肠道细菌对低聚半乳糖(GOS)的利用情况表明，低聚半乳糖能被所有双歧杆 菌选择性利用。低聚半乳糖(GOS)中的半乳糖基转移低聚糖(TOS)除了能被双歧杆菌以外 的某些肠道有益菌利用外，它能很容易地被人类肠道中常见的双歧杆菌利用， 如两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌和长双歧杆菌， 而有害的真细菌、梭状芽抱杆菌、某些链球菌、微球菌、肠球菌、突变链球 菌和大肠杆菌等几乎不能利用TOS。这与其它能促进双歧杆菌生长的象低聚 果糖、大豆低聚糖，等低聚糖完全不同。另一方面，肠内细菌对半乳糖基转 移二糖(TD)的利用则不如对TOS那样专性；不过，TD能象乳酮糖那样有效 被双歧杆菌和乳酸杆菌利用。2、 低聚半乳糖的摄食对肠道菌群的影响由于母乳喂养的婴儿肠道内双歧杆菌数量比人工喂养的婴儿多得多，许 多研究人员着手研究和分离能显著促进双歧杆菌在肠道内增殖的"双歧因子"。 Tanaka等人对6'-GOS进行了深人的研究，而该种低聚糖被证实为人乳中的成 分之一。对健康成人所做试验表明，每日摄食3gTOS能增加双歧杆菌数量、 减少类杆菌数量;每口摄食10gTOS则能建立以双歧杆菌为主的肠道菌群.另一 方面，若用含有半乳糖基转移低聚糖(TOS)和半乳糖基转移二糖(TD)的 Oligomate产品来做试验，结果表明，TD有助于增加乳酸杆菌的数量。对于 人而言，使粪便中双歧杆菌显著增加，至少应摄入2.5g/d的TOS.1995年，曰 本厚生省推荐了以下几种低聚糖的日摄入量、以确保双歧杆菌增殖效果:低聚 半乳糖2.5g/d、低聚果糖3.0g/d、低聚木糖0.7g/d、低聚异麦芽糖9.0g/d、大 豆低聚糖2.0g/d、半乳蔗糖5.0g/d。3、 低聚半乳糖摄食而肠道菌群变化引起的临床效果 摄食低聚半乳糖后，肠道菌群将以双歧杆菌为主，从而有如下生理效果: 用同时患有便秘和其它不适症状的老年病人试验的结果表明，低聚半乳糖能预防或控制便秘。每日摄食15gTOS，并同时摄食短双歧杆菌，能建立起 正常的排便习惯.对于有便秘症状的糖尿病人的研究结果表明，摄食低聚半乳 糖后，便秘现象缓解，粪便中类杆菌数量减少。
大鼠和人体试验表明，摄食低聚半乳糖和短双歧杆菌后，检验微生物酶 活力以及腐败性代谢物的变化，发现肠道腐败物质减少了。对于伴随肝硬化同时患有高血氨症的病人的试验表明，每日摄食30g TOS、并同时摄食短双歧杆菌6x109，能建立起以双歧杆菌为主的肠道菌群， 血氨水平亦逐渐降到正常值。4、 非消化性与乳糖相比，低聚半乳糖含有P(l-6)键，不易被人休小肠中的P—半乳糖 苷酶水解。成人每口摄食30gTOS的试验表明，TOS既不能消化、又不能吸 收，能直达下消化道，被肠道细菌代谢。5、 非致龋性口腔链球菌在TOS培养基中的生长试验表明，TOS有利于预防龋齿。因 为该类菌属多数不能利用TOS，仅能生成少量乳酸.此外，在一个葡聚糖生成 试验中，用葡萄糖昔酶对TOS做试验，并未发现生成可溶或不可溶的葡聚糖。6、 促进矿物质吸收钙和镁主要在小肠和大肠中吸收，并且摄食非消化性低聚半乳糖会促进 其吸收。给大鼠喂词低聚半乳糖能促进钙的表观吸收。不过，当钙的添加浓 度很低时，该效果不是很明显。因而，钙吸收的增加可能是由于摄入低聚半 乳糖后，富含短链脂肪酸的酸性肠道环境增加了钙的溶解度。本发明利用具有转糖基活性的P -半乳糖苷酶生产含低聚半乳糖的低乳糖 奶。含低聚半乳糖的低乳糖奶既在牛奶中增添了低聚半乳糖双歧因子，同时 还能解决乳糖不耐症问题。本发明的方法可以长时间连续运作，清洗和消毒 简单，工艺设计实用合理，避免了繁杂的酶蛋白纯化过程，省时省力，降低 了生产成本。而且在牛乳中乳糖水解率可以达到90%以上，具有广阔的应用 前景。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范 围。其中，图1是根据本发明的一个具体实施例的富含低聚半乳糖奶的生产方法的 流程示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种低聚半乳糖奶的生产方法，尤其是一种通过固定化P -半 乳糖苷酶水解牛乳中的乳糖生产富含低聚半乳糖奶的方法。下面参照各具体 实施例对根据本发明的富含低聚半乳糖奶的生产方法进行详细说明。本领域 技术人员应当理解，下述实施例均用于对本发明所要求保护的范围进行实例 性的描述，以此概括本发明的低聚半乳糖奶的生产方法各参数的相对范围， 因而不能将之理解为对本发明的一种具体限制。任何因为牛乳乳源的不同而 导致的数值上的略微差别不应该作为本发明检测结果略微不同的理由。实施例l1、 固定化e-半乳糖苷酶的方法首先取一定量的带有酰肼基团的颗粒，然后加入浓度为2%的戊二醛静置0.5-1小时，载体的酰肼基团和戊二醛的醛基反应生成活化载体，然后用无菌水清洗残留在活化载体上的戊二醛，加入P -半乳糖苷酶静置2-4小时，活化载体的醛基和e -半乳糖苷酶的氨基结合，形成固定化e-半乳糖苷酶，用无菌水洗去残留的e-半乳糖苷酶即得固定化e-半乳糖苷酶。其中，固定化酶e-半乳糖苷酶的活力为60u/g。2、 参见图1，本实施例提供了一种上述低聚半乳糖奶的生产方法，包括 如下步骤(1) 原料奶进行净乳，冷却到2-8X:储存；(2) 加热到5(TC，分离脂肪，得到脱脂奶，脱脂奶的脂肪含量小于0.5%;(3) 脱脂奶进行巴氏杀菌，杀菌温度85'C，保温15Sec;冷却到6(TC。(4) 然后泵送入固定化酶反应柱的不锈钢反应柱，反应柱直径150mm，长 450mm，分为IO个等长的阶段，用30.0L (即80000g)的固定化P-半乳糖苷 酶堵塞，进行酶水解。水解温度6(TC，水解时间控制在5min，水解环境pH 值在6.0。(5) UHT杀菌，杀菌温度137t:，保温时间4s，冷却到25。C以下；(6) 无菌灌装。通过上述生产方法，即可获得本实施例的低聚半乳糖奶，该低聚半乳糖 奶具有鲜牛奶的乳白色，口感纯香。产品具有鲜牛奶的风味，采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 产品的检测指标(每100g含有) 蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质U.81g，低聚半乳糖0.68%,乳 糖0.93%。实施例21、 采用与实施例l相同的方法制备固定化p-半乳糖苷酶，其中，固定化酶P-半乳糖苷酶的活力为120u/g。2、 本实施例提供了另一种上述低聚半乳糖奶的生产方法，包括如下步骤(1) 原料奶进行净乳，冷却到2-8'C储存；(2) 加热到5(TC，分离脂肪，得到脱脂奶，脱脂奶的脂肪含量小于0.5%;(3) 脱脂奶进行巴氏杀菌，杀菌温度85'C，保温15Sec;冷却到4°C(4) 然后泵送入固定化酶反应柱，反应柱直径150mm，长450mm，分为2 个等长的阶段，用5.0L (即16000g)的固定化e-半乳糖苷酶堵塞，进行酶水 解。水解温度4'C，水解时间控制在180min，水解环境pH值在7.0。(5) UHT杀菌，杀菌温度137i:，保温时间4s，冷却到25。C以下；(6) 无菌灌装。通过上述生产方法，即可获得本实施例的低聚半乳糖奶，该低聚半乳糖 奶具有鲜牛奶的乳白色，口感纯香。产品具有鲜牛奶的风味，采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 产品的检测指标(每100g含有)蛋白质2.93g，脂肪3.35g，干物质11.86g，低聚半乳糖0.59%，乳糖0.90%。实施例31、 采用与实施例l相同的方法制备固定化P-半乳糖苷酶，其中，固定化 酶P-半乳糖苷酶的活力为150u/g。2、 本实施例提供了另一种上述低聚半乳糖奶的生产方法，包括如下步骤:(1) 原料奶进行净乳，冷却到2-8'C储存；(2) 加热到5(TC，分离脂肪，得到脱脂奶，脱脂奶的脂肪含量小于0.5%;(3) 脱脂奶进行巴氏杀菌，杀菌温度85i:，保温15Sec;冷却到42°C(4) 然后泵送入固定化酶反应柱，反应柱直径150mm，长450mm，分为5 个等长的阶段，用i5.ol (即4oooog)的固定化e-半乳糖苷酶堵塞，进行酶水解。水解温度42。C，水解时间控制在90min，水解环境pH值在5.8。(5) UHT杀菌，杀菌温度137。C，保温时间4S，冷却到25'C以下；(6) 无菌灌装。通过上述生产方法，即可获得本实施例的低聚半乳糖奶，该低聚半乳糖 奶具有鲜牛奶的乳白色，口感纯香。产品具有鲜牛奶的风味，采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 产品的检测指标(每100g含有)蛋白质2.95g，脂肪3.33g，干物质11.88g，低聚半乳糖0.65%,乳糖0.96%。实施例41、 采用与实施例l相同的方法制备固定化P-半乳糖苷酶，其中，固定化 酶e-半乳糖苷酶的活力为120u/g。2、 本实施例提供了另一种上述低聚半乳糖奶的生产方法，包括如下步骤(1) 原料奶进行净乳，冷却到2-8'C储存；(2) 加热到50'C，分离脂肪，得到脱脂奶，脱脂奶的脂肪含量小于0.5%;(3) 脱脂奶进行巴氏杀菌，杀菌温度85-C，保温15Sec;冷却到10°C(4) 然后泵送入固定化酶反应柱，反应柱直径150mm，长450mm，分为4 个等长的阶段，用10.0L (即32000g)的固定化e-半乳糖苷酶堵塞，进行酶 水解。水解温度1(TC，水解时间控制在150min，水解环境pH值在5.5。(5) UHT杀菌，杀菌温度137'C，保温时间4s，冷却到25t:以下；(6) 无菌灌装。通过上述生产方法，即可获得本实施例的低聚半乳糖奶，该低聚半乳糖 奶具有鲜牛奶的乳白色，口感纯香。产品具有鲜牛奶的风味，采用利乐包或 者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。产品的检测指标(每100g含有)蛋白质2.92g，脂肪3.30g，干物质11.83g，低聚半乳糖0.67%,乳 糖0.91%。
实施例51、 采用与实施例l相同的方法制备固定化e-半乳糖苷酶，其中，固定化 酶P-半乳糖苷酶的活力为100u/g。2、 本实施例提供了另一种上述低聚半乳糖奶的生产方法，包括如下步骤(1) 原料奶进行净乳，冷却到2-8'C储存；(2) 加热到5(TC，分离脂肪，得到脱脂奶，脱脂奶的脂肪含量小于0.5%;(3) 脱脂奶进行巴氏杀菌，杀菌温度85'C，保温15Sec;冷却到55'C;(4) 然后泵送入固定化酶反应柱，反应柱直径150mm，长450mm，分为6 个等长的阶段，用17.0L (即48000g)的固定化e-半乳糖苷酶堵塞，进行酶 水解。水解温度15'C，水解时间控制在60min，水解环境pH值在6.3。(5) UHT杀菌，杀菌温度137。C，保温时间4s，冷却到25。C以下；(6) 无菌灌装。通过上述生产方法，即可获得本实施例的低聚半乳糖奶，该低聚半乳糖 奶具有鲜牛奶的乳白色，口感纯香。产品具有鲜牛奶的风味，采用利乐包或 者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。产品的检测指标(每100g含有)蛋白质2.94g，脂肪3.32g，干物质11.85g，低聚半乳糖0.66%,乳 糖0.94%。
权利要求
1. 一种富含低聚半乳糖奶的生产方法，其特征在于牛乳经加热，分离脂肪得到脱脂奶，巴氏杀菌后，冷却，再经固定化β-半乳糖苷酶水解，UHT杀菌后冷却包装。
2.
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述固定化P-半乳糖苷酶的 载体为带有酰肼基团的颗粒状载体。根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述固定化P-半乳糖苷酶的 方法为取带有酰肼基团的颗粒，加入戊二醛静置0.5-1小时，用无菌水 清洗残留在活化载体上的戊二醛，加入e-半乳糖苷酶静置2-4小时，用 无菌水洗去残留的P -半乳糖苷酶即得到固定化P -半乳糖苷酶。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述固定化P-半乳糖苷酶的活力为60~150u/g。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述固定化e-半乳糖苷酶的 活力为120u/g。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述固定化P-半乳糖苷酶水解温度在4 6(TC，优选42"C。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述固定化P-半乳糖苷酶水 解时间在5 180min，优选90min。
8. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述固定化3-半乳糖苷酶水 解pH值在5.5 7.0，优选5.8。
9. 根据权利要求4-7所述的方法，其特征在于固定化酶装在不锈钢反应柱 内，所述反应柱150X450mm，分为2 10个等长的阶段，用5-30L的固 定化乳糖酶堵塞。.
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述反应柱150X450mm，分 为5个等长的阶段，用15.0L的固定化P -半乳糖苷酶堵塞。
全文摘要
本发明涉及一种富含低聚半乳糖奶的生产方法，包括牛乳加热，分离脂肪得到脱脂奶，巴氏杀菌后，冷却，再经固定化β-半乳糖苷酶水解，UHT杀菌后冷却包装。所述固定化β-半乳糖苷酶的载体为带有酰肼基团的颗粒状载体。固定化β-半乳糖苷酶的方法为取带有酰肼基团的颗粒，加入戊二醛静置0.5-1小时，用无菌水清洗残留在活化载体上的戊二醛，加入β-半乳糖苷酶静置2-4小时，用无菌水洗去残留的β-半乳糖苷酶即得到固定化β-半乳糖苷酶。本发明的方法在大大降低牛乳中的乳糖含量的同时，生成高含量低聚半乳糖，既能解决乳糖不耐症问题，同时还在牛奶中增添了低聚半乳糖双歧因子。
文档编号A23C9/00GK101396048SQ20081018083
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者付治军, 刘红霞, 宗学醒, 勇 张, 萍 张, 张少辉, 桂仕林, 邢慧敏 申请人:内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司