王晓哲;钱方;曹迪;牟光庆;姜淑娟
【摘 要】Optimization of milk hydrolysis conditions was carried out through mono-factor and orthogonal experiments. The results showed that: the optimal hydrolysis conditions of lactase was 40℃, enzyme dosage 2 500 U/L, time 2 h,and the hydrolysis rate achieves almost 74.5%.%研究低乳糖牛乳的生产条件.通过单因素分析和正交试验对牛乳的水解条件进行优化.结果表明,在加酶量2 500 U/L、水解温度40℃、水解2h时牛乳中乳糖水解效果最佳,水解率达到74.5％. 【期刊名称】《食品与机械》
【年(卷),期】2013(029)002
【总页数】3页(P183-185)
【作 者】王晓哲;钱方;曹迪;牟光庆;姜淑娟
【作者单位】大连工业大学食品学院,辽宁大连116034
radeon 9200【正文语种】中 文
牛乳含有能促进人类生长发育以及维持健康水平的必需营养成分，是一种重要的饮食资源[1]。但由于牛乳中乳糖不易被消化、吸收，极易引发乳糖不耐受现象。部分人存在乳糖不耐症，是由于体内缺乏乳糖酶，食用乳或乳制品后会引发肠胀、排气增多、腹泻、腹痛等非疾病性胃肠症状。据调查，亚洲人口中约有70%人患有不同程度的乳糖不耐症，在美国也有1/3人体内乳糖酶水平较低。研究[2，3]显示中国成年人饮用牛奶后乳糖不吸收的发病率高达86.7%，不耐受指数为0.9。生产提供低乳糖乳是解决乳糖不耐问题的有效途径。低乳糖乳在国外已商业化生产，在中国则刚起步。低乳糖乳的生产方式有多种，其中酶水解法生产是最具安全性、实用、有效的方法，且生产成本低，对拓展低乳糖乳的产业化生产有着很强的优势[4-6]。通常低乳糖乳中乳糖水解率可达到70%～90%，是乳糖不耐受患者的最佳食品。它既能满足该人的营养需求，又能消除他们饮用牛乳后所产生的不适症状[7]。另外，由于低乳糖牛乳中乳糖酶解产生葡萄糖和半乳糖两种单糖，虽牛乳甜度
增加，但总糖量并不改变，这样便可解除乳糖不耐症患者不能喝牛乳的苦恼。所以，低乳糖牛乳是集营养和美味于一身的健康食品，满足了这部分人的乳品消费的需求[8]。本试验拟设计合理的低乳糖牛乳生产工艺，进一步确定其最佳酶解条件，使乳糖达到最大限度水解。
1 材料与仪器
1.1 材料
纯牛奶：内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司；
醋酸铅：天津市津科精细化工研究所；
ONP（邻硝基酚）：分析纯，沈阳市试剂三厂；
ONPG（邻硝基苯酚-β-D半乳糖苷）：光学纯，美国Solarbin公司；
乳糖酶：592.20 U/mL，丹麦Novozymes公司。
1.2 仪器
光栅分光光度计：722型，山东高密彩虹分析仪器有限公司；
数控超级恒温槽：SC-15型，宁波天恒仪器厂；
手提式不锈钢高压杀菌器：YX280A型，上海惊鸿实验设备有限公司；
电子天平：PL303型，梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 低乳糖牛乳的工艺流程
原料乳验收→预处理→标准化→巴氏杀菌 (65℃，30 m in)→冷却→添加乳糖酶→水解→灭酶杀菌→灌装→成品[9,10]
1.3.2 乳糖酶活力测定 采用ONPG法[11]。
1.3.3 乳糖量及水解度测定 采用碘量法[12]。
1.3.4 单因素分析乳糖酶的适宜水解条件
(1)适宜水解温度的确定：将牛乳和适当酶液分别在30，35，40，45，50 ℃下预热 10min，控制乳糖酶量 2 000 U/L，水解0.5 h后灭酶，通过测定乳糖水解率（平行2次）确定乳糖酶的适宜水解温度。
(2)适宜加酶量的确定：水解温度采用1.3.4(1)中确定的适宜水解温度。分别以终浓度 500，1 000，1 500，2 000，2 500，3 000 U/L添加乳糖酶液，水解0.5 h后灭酶，通过测定乳糖水解率（平行2次）确定乳糖酶的适宜加酶量。
(3)适宜水解时间的确定：水解温度和加酶量采用1.3.4(1)和(2)中确定的适宜值，分别水解牛乳 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h后灭酶，通过测定乳糖水解率（平行2次）确定乳糖酶的适宜水解时间[13，14]。
1.3.5 正交试验优化乳糖酶水解条件 考虑到乳糖酶不同水解因素间的交互作用，设计L9（34）正交表，以乳糖酶水解率为指标，考察水解温度、水解时间和加酶量3因素（分别以A、B、C表示）对乳糖酶效果的影响。
2 结果与讨论
2.1 单因素分析乳糖酶的适宜水解条件
2.1.1 水解温度的确定 由图1可知，酶解温度在30～40℃时，乳糖水解率随着酶解温度的增加而增大，当酶解温度达到40℃时，水解率达到最大值；在40～50℃时，随着酶解温度的增加，水解率反而下降。这是因为，酶解温度过高时，乳糖酶稳定性较差并且已部分失去活性，不能充分的水解乳糖。因此确定乳糖酶酶解的最适温度为40℃。
图1 温度对乳糖水解的影响Figure 1 Effects of different temperature on lactose hydrolysis
2.1.2 加酶量的确定 由图2可知，当加酶量为500～2 500U/L时，乳糖水解率随着加酶量的增大而逐渐增大，当加酶量继续增大时，水解率变化很小且趋于稳定，这是因为牛乳中乳糖随着乳糖酶量的增加，由原来的过量逐渐达到饱和。因此，选择2 500 U/L为最适加酶量，此时乳糖水解率为32.14%。
图2 加酶量对乳糖水解率的影响Figure 2 Effects of differentenzyme dosage on t lactose hydrolysis
大派用场的意思2.1.3 水解时间的确定 由图3可知，随着酶解时间的延长，低乳糖牛乳中乳糖的水解率也随
之增大；酶解0.5～2.5 h时，水解率随着时间的延长而增加；酶解2.5 h时，水解率达到65.71%。考虑到产品在酶解时间进一步延长时，可能会导致生产过程的污染，从而影响低乳糖牛乳的产品质量。因此，确定乳糖酶的最适酶解时间为2.5 h。
图3 酶解时间对乳糖水解的影响Figure3 Effectsofdifferentenzymolysis time on lactosehydrolysis
华荣聊天室2.2 正交试验优化乳糖酶水解条件betterwmf
考虑到乳糖酶不同水解因素间的交互作用，采用三因素三水平L9（34）的正交试验，来优化低乳糖牛乳中乳糖的最佳水解条件。正交试验的因素水平见表1，结果与分析见表2。
通过正交试验结果分析（表2）可以看出最优组合为A2B2C3，即水解温度40℃、水解时间3 h、加酶量2 500 U/L。这时牛乳中的乳糖水解率最高，达到75.00%。通过正交试验极差比较可以看出，低乳糖牛乳中乳糖酶水解因素对水解率的影响效果大小为A＞B＞C，即水解温度＞加酶量＞水解时间。
表1 乳糖酶水解牛乳的因素水平表Table1 Factor level tableof lactoseenzymehydrolysismil
连通性k水平1 2 3 A 温度/℃35 40 45 B加酶量/(U·L-1)2 000 2 500 3 000 C时间/h 2.0 2.5 3.0
表2 乳糖酶水解牛乳正交试验L9（34）结果分析Table2 L9(34)orthogonal test resultanalysis of lactose enzyme hydrolysis试验号 空列1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1K2K3 A111222333 B123123123 C123231312 123312231水解率/%15.71 34.29 46.43 42.14 75.00 70.00 29.29 40.71 32.86 K1'K2'K3'K12 K22 K32 96.43 187.14 102.86 32.14 62.38 34.29 9 298.469 35 022.449 10 579.592 87.14 150.00 149.29 29.05 50.00 49.76 7 593.878 22 500.000 22 286.224 126.43 109.29 150.71 42.14 36.43 50.24 15 984.184 11 943.367 22 714.796 123.57 133.57 129.29 41.19 44.52 43.10 15 269.898 17 841.327 16 714.796优水平Rj主顺序A2B2C3 30.2420.95 A2 B2 C3 13.81
对试验结果进行方差分析（表3），并进行显著性检验。可知，FA＞FB＞FC。而且 FA＞F0.01(2,2)，这说明对于低乳糖牛乳中乳糖水解率来说，水解温度为极其显著因素；而F0.05(2,2)＜FB＜F0.01(2,2)，说明加酶量为一般显著因素，FC＜F0.05(2,2)，说明在上述水解时间内，水解时间对水解度没有显著性影响，可选取较短酶解时间。
进一步对上述正交优化结果进行验证实验，分别在水解时间为2 h和3 h时测定低乳糖牛乳
中乳糖的水解率，结果分别是74.50%和75.00%，水解率的增幅不是很大，考虑到实际生产，为缩短生产时间、降低成本和避免染菌，试验选取水解时间为2 h，此时水解率为74.50%。因此，确定最优工艺条件为水解温度40℃、加酶量2 500 U/L、水解时间2 h。
表3 乳糖酶水解牛乳正交试验L9（34）方差分析表Table3 Orthogonal test L9(34)analysis of variance table of lactose enzyme hydrolysismilk方差来源自由度22228偏平方和1 708.277 868.141 288.889 16.780 2 882.086方差854.138 434.070 144.444 8.390 F值ABC e 总和101.804 51.736 17.216临界值Fα F0.05(2,2)=19.00 F0.01(2,2)=99.00显著性***
3 结论
本试验设计了低乳糖牛乳的生产工艺，并通过单因素分析和正交试验研究确定了牛乳的最佳水解条件：在加酶量2 500 U/L、水解温度40℃、水解2 h时牛乳中乳糖水解效果最佳，水解率达到74.50%。此研究解决了乳糖不耐症患者不能喝牛乳的苦恼，而且在乳糖酶解过程中也产生了单糖[15]，增加了牛乳的甜度。
参考文献
1 李文.低乳糖奶的应用与发展[J].中国供销商情(乳业导刊),2004(2):7～9.玻璃腻子
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