Технологические и методические аспекты производства низко- и безлактозных молочных продуктов

Рассмотрены особенности технологий низко- и безлактозных молочных продуктов, предусматривающие проведение специальных операций по гидролизу лактозы или удалению ее с помощью ультра- или нанофильтрации с последующим гидролизом остаточного количества. Представлена молочная продукция, изготовляемая по этим технологиям в разных странах, и предприятия, лидирующие в этой сфере производства. Проведен анализ методов, применяемых для определения количественного содержания остаточной лактозы в низко- и безлактозных молочных продуктах: ферментативные, ВЭЖХ, HPAEC-PAD, амперометрические биосенсоры, рамановская спектроскопия. В связи с потребностью молочной промышленности в методах анализа для определения лактозы в молоке и молочных продуктах с низким или безлактозным содержанием, группа заинтересованных сторон AOAC по стратегическим методам анализа пищевых продуктов утвердила Стандартные требования к эффективности биосенсорных методов (SMPR®) 2018.009. Данные требования введены для количественного определения лактозы в молоке, а также в молочных и молокосодержащих продуктах с низким содержанием лактозы или ее полным отсутствием. Биосенсорный метод рекомендован для использования в качестве официального метода AOAC первого действия. Наряду с этим целесообразно использовать в статусе международного стандартного метода анализа для определения лактозы в молоке с низким или безлактозным содержанием высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с масс-спектрометрическим детектированием, а также высокоэффективную анионообменную хроматографию с импульсным амперометрическим детектированием (HPAEC-PAD).

1. Marangoni, F., Pellegrino, L., Verduci, E., Ghiselli, A., Bernabei, R., Calvani, R. et al. (2019). Cow’s milk consumption and health: A health Professional’s guide. Journal of the American College of Nutrition, 38(3), 197– 208. https://doi.org/10.1080/07315724.2018.1491016

2. Тепел, А. (2012). Химия и физика молока. Санкт-Петербург: Профессия, 2012.

3. Foroutan, A., Guo, A. C., Vazquez-Fresno, R., Lipfert, M., Zhang, L., Zheng, J. et al. (2019). Chemical composition of commercial cow’s milk. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 67(17), 4897–4914. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b00204

4. Alessio, D. R. M., Thaler Neto, A., Velho, J. P., Perreira, I. B., Miquelluti, D. J., Knob, D. A. et al. (2016). Multivariate analysis of lactose content in milk of Holstein and Jersey cows1. Semina: Ciências Agrárias, 37(4Supl.1), 2641–2652. https://doi.org/10.5433/1679–0359.2016v37n4supl1p2641

5. Темирдашева, К.А., Гукежев, В.М. (2016). Зависимость содержания лактозы в молоке коров черно-пестрой породы от различных факторов. Вестник ИрГСХА, 74, 96–101.

6. Синельников, Б.М., Храмцов, А.Г., Евдокимов, И.А., Рябцева, С.А., Серов, А.В. (2007). Лактоза и ее производные. Санкт-Петербург: Профессия, 2007.

7. Sgambat, K., Banks, M., Moudgil, A. (2013). Effect of galactose on glomerular permeability and proteinuria in steroid-resistant nephrotic syndrome. Pediatric Nephrology, 28(11), 2131–2135. https://doi.org/10.1007/s00467–013–2539-z

8. Ficicioglu, C., Hussa, C., Gallagher, P. R., Thomas, N., Yager, C. (2010). Monitoring of biochemical status in children with duarte galactosemia: Utility of galactose, galactitol, galactonate, and galactose 1-phosphate. Clinical Chemistry, 56(7), 1177–1182. https://doi.org/10.1373/clinchem.2010.144097

9. Lau, K. K., Wyatt, R. J., Moldoveanu, Z., Tomana, M., Julian, B. A., Hogg, R. J. et al. (2007). Serum levels of galactose-deficient IgA in children with IgA nephropathy and henoch-schönlein purpura. Pediatric Nephrology, 22(12), 2067–2072. https://doi.org/10.1007/s00467–007–0623-y

10. Abrams, S. A., Griffin, I. J., Davila, P. M. (2002). Calcium and zinc absorption from lactose-containing and lactose-free infant formulas. American Journal of Clinical Nutrition, 76(2), 442–446. https://doi.org/10.1093/ajcn/76.2.442

11. Heine, R. G. (2013). Cow’s-milk allergy and lactose malabsorption in infants with colic. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 57(SUPPL.1), S25-S27. https://doi.org/10.1097/01.mpg.0000441930.13307.9b

12. Щербак, В.А., Щербак, Н.М. (2011). Лактазная недостаточность у детей. Педиатрическая фармакология, 8(3), 90–93.

13. Корниенко, Е.А., Митрофанова, Н.И., Ларченкова, Л.В. (2006). Лактазная недостаточность у детей раннего возраста. Вопросы современной педиатрии, 5(4), 82–86.

14. Leonardi, M., Gerbault, P., Thomas, M. G., Burger, J. (2012). The evolution of lactase persistence in europe. A synthesis of archaeological and genetic evidence. International Dairy Journal, 22(2), 88–97. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.10.010

15. Kuokkanen, M., Kokkonen, J., Enattah, N. S., Ylisaukko-Oja, T., Komu, H., Varilo, T. et al. (2006). Mutations in the translated region of the lactase gene (LCT) underlie congenital lactase deficiency. American Journal of Human Genetics, 78(2), 339–344. https://doi.org/10.1086/500053

16. Vilotte, J. -L. (2002). Lowering the milk lactose content in vivo: Potential interests, strategies and physiological consequences. Reproduction Nutrition Development, 42(2), 127–132. https://doi.org/10.1051/rnd:2002012

17. Демина, И.А., Макарова, Е.А. (10 апреля 2020). Безопасность и этика использования трансгенных животных. Материалы научно-практической конференции с международным участием, посвященной 105-летию со дня рождения А. Г. Банникова. Москва, Россия.

18. Maksimenko, O.G., Deykin, A.V., Khodarovich, YU. M., Georgiev, P.G (2013). Use of transgenic animals in biotechnology: prospects and problems. Acta Naturae, 5–1(16), 33–45.

19. Houdebine, L. -M. (2005). Use of transgenic animals to improve human health and animal production. Reproduction in Domestic Animals, 40(4), 269–281. https:/doi.org/10.1111/j.1439–0531.2005.00596.x

20. Law, D., Conklin, J., Pimentel, M. (2010). Erratum: Lactose intolerance and the role of the lactose breath test. American Journal of Gastroenterology, 105(10), 2308. https://doi.org/10.1038/ajg.2010.146

21. Бельмер, С.В., Мухина, Ю.Г., Чубарова, А. И. Гераськина, В.П., Гасилина, Т.В. (2005). Непереносимость лактозы у детей и взрослых. Лечащий врач, 1, 34–38.

22. Brown-Esters, O., Mc Namara, P., Savaiano, D. (2012). Dietary and biological factors influencing lactose intolerance. International Dairy Journal, 22(2), 98–103. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.09.010

23. Артюхова, С.И., Сыксин, С.В. (2014). Распространение гиполактазии среди мирового населения. Динамика систем, механизмов и машин, 6, 62–66.

24. Parker, A. M., Watson, R. R. (2017). Lactose Intolerance. Chapter in a book: Nutrients in Dairy and Their Implications on Health and Disease. University of Arizona, Tucson, AZ, United States, 205–211. https://doi.org/10.1016/b978–0–12–809762–5.00016–4

25. Enattah, N. S., Sahi, T., Savilahti, E., Terwilliger, J. D., Peltonen, L., Järvelä, I. (2002). Identification of a variant associated with adult-type hypolactasia. Nature Genetics, 30(2), 233–237. https://doi.org/10.1038/ng826

26. Heyman, M. B. (2006). Lactose intolerance in infants, children, and adolescents. Pediatrics, 118(3), 1279–1286. https://doi.org/10.1542/peds.2006–1721

27. Боровик, Т.Э., Скворцова, В.А., Рославцева, Е.А., Яцык, Г.В., Лукоянова, О.Л., Степанова, Т.Н. и др. (2004). Лактазная недостаточность у детей и возможности её диетической коррекции. Вопросы современной педиатрии, 3(3), 76–81.

28. Зиатдинова, Н.В., Файзуллина, Р.А. (2010). Лактазная недостаточность у детей. Практическая медицина. 3(42), 44–47.

29. Dekker, P. J. T., Koenders, D., Bruins, M. J. (2019). Lactose-free dairy products: Market developments, production, nutrition and health benefits. Nutrients, 11(3), Article 551. https://doi.org/10.3390/nu11030551

30. Скурихин, И.М. (2002). Химический состав российских пищевых продуктов: Справочник. Москва: ДеЛи принт, 2002.

31. Шлейп, Т. (2004). Осторожно: лактоза! Когда молочный сахар несовместим со здоровьем. Санкт-Петербург: Весь, 2004.

32. Мордвинова, В.А., Лепилкина, О.В. (2016). Безлактозные сыры — миф или реальность? Сыроделие и маслоделие, 1, 38–40.

33. Upreti, P., McKay, L. L., Metzger, L. E. (2006). Influence of calcium and phosphorus, lactose, and salt-to-moisture ratio on cheddar cheese quality: Changes in residual sugars and water-soluble organic acids during ripening. Journal of Dairy Science, 89(2), 429–443. https://doi.org/10.3168/jds.s0022–0302(06)72107–5

34. Ruiz-Matute, A. I., Corzo-Martínez, M., Montilla, A., Olano, A., Copovi, P., Corzo, N. (2012). Presence of mono-, di- and galactooligosaccharides in commercial lactose-free UHT dairy products. Journal of Food Composition and Analysis, 28(2), 164–169. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2012.06.003

35. Тихомирова, Н.А., Нгуен, Б.Т. (2020). Низколактозные кисломолочные продукты. Переработка молока, 10(252), 10–12.

36. Jelen, P., Tossavainen, O. (2003). Low lactose and lactose-free milk and dairy products — prospects, technologies and applications. Australian Journal of Dairy Technology, 58(2), 161–165.

37. Harju, M., Kallioinen, H., Tossavainen, O. (2012). Lactose hydrolysis and other conversions in dairy products: Technological aspects. International Dairy Journal, 22(2), 104–109. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.09.011

38. Pulinas, L., Spanu, C., Idda, I., Ibba, I., Nieddu, G., Virdis, S. et al. (2017). Production of farmstead lactose-free pecorino di osilo and ricotta cheeses from sheep’s milk. Italian Journal of Food Safety, 6(1), 33–39, Article 6353. https:/doi.org/10.4081/ijfs.2017.6353

39. Dekker, P.J.T. (2016). Enzymes Exogenous to Milk in Dairy Technology: β-d-Galactosidase. Chapter in a book: Encyclopedia of Dairy Sciences: Second Edition. DSM Food-Specialties, Delft, Netherlands 1–8.

40. Добриян, Е.И., Ильина, А.М., Горлова, А.Г. (2019). Получение функциональных продуктов на основе ферментативного гидролиза лактозы. Пищевая промышленность, 4, 36–37. https:/doi.org/10.24411/0235–2486–2019–10017

41. Остроумов, Л.А., Гаврилов, В.Г. (2013). Биотрансформация лактозы ферментными препаратами β-галактозидазы. Техника и технология пищевых производств, 1(28), 26A 31.

42. Букуру, Л.К., Скворцов, Е.В., Багаева, Т.В., Канарская, З.А. (2017). Эффективность применения β-галактозидазы для получения низколактозного напитка на основе молочной сыворотки. Вестник технологического университета. 20(13), 117–119.

43. Минин, П.С., Тимкин, В.А. (2019). Технология производства безлактозного молока с применением баромембранных процессов. Переработка молока, 12(242), 52–53.

44. Чумакова, И.В., Донская, Г.А. (2020). Изменение состава и физикохимических свойств молочного сырья при производстве безлактозного молока. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 4(84), 193–197. https://doi.org/10.37670/2073–0853–2020–84–4–193–197

45. Гаврилов, Г.Б., Кравченко, Э.Ф., Гаврилов, В.Г. (2013). Мембранные процессы для переработки молока и сыворотки. Сыроделие и маслоделие, 6, 22–23.

46. Гаврилов, Г.Б., Кравченко, Э.Ф., Гаврилов, В.Г. (2012) Биомембранные процессы. Молочная промышленность, 7, 49–51.

47. Пат. № 2443116. Способ производства безлактозного молока / Янь И., Ван Г., Као М., Янь И. Опубл. 27.02.2012.

48. Тихомирова, Н.А. (2016). Низколактозные и безлактозные продукты детского и лечебного питания. Переработка молока, 3(197), 16–19.

49. Бань, М.Ф., Кириленко, Н.М. (2016, 4 ноября). Тенденции развития рынка безлактозного молока в республике Беларусь. Сборник научных статей международной научно-практической конференции. Гомель, Беларусь.

50. Troise, A. D., Bandini, E., De Donno, R., Meijer, G., Trezzi, M., Fogliano, V. (2016). The quality of low lactose milk is affected by the side proteolytic activity of the lactase used in the production process. Food Research International, 89, 514–525. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.08.021

51. Dahlqvist, A., Asp, N. G., Burvall, A., Rausing, H. (1977). Hydrolysis of lactose in milk and whey with minute amounts of lactase. Journal of Dairy Research, 44(3), 541–548. https://doi.org/10.1017/s0022029900020495

52. McCain, H. R., Kaliappan, S., Drake, M. A. (2018). Invited review: Sugar reduction in dairy products. Journal of Dairy Science, 101(10), 8619–8640. https://doi.org/10.3168/jds.2017–14347

53. Сафронова, А.И., Коновалова, Л.С., Гурченкова, М.А. (2012). Современные подходы к адаптации молочных смесей для детей раннего возраста. Вопросы современной педиатрии, 11(2), 56–61.

54. Шуляк, Т.Л., Гуща, Н.Ф. (2019). Новые низколактозные кисломолочные продукты с функциональными ингредиентами. Переработка молока, 12(242), 28–31.

55. Анцыперова, М.А., Арсеньева, Т.П., Волкова, О.В., Яковченко, Н.В. (2019, 13–15 ноября). Исследование процесса ферментации при производстве низколактозной молочной продукции. IX Международная научно-техническая конференция. Cанкт-Петербург, Россия.

56. Арсеньева, Т.П., Лугова, М.В. (2020). Моделирование низколактозного высокобелкового замороженного десерта на козьем молоке. Colloquium-journal, 19–1(71), 31–34. https://doi.org/10.24411/2520–6990–2020–12044

57. Karnyaczki, Z., Csanadi, J. (2017). Texture profile properties, sensory evaluation, and susceptibility to syneresis of yoghurt prepared from lactose-free milk. Acta Alimentaria, 46(4), 403–410. https://doi.org/10.1556/066.2016.0018

58. Лепилкина, О.В. (2020). Руководителям лабораторий. Методы определения массовой доли лактозы в молоке и молочных продуктах. Молочная промышленность, 7, 44–45.

59. van Scheppingen, W. B., van Hilten, P. H., Vijverberg, M. P., Duchateau, A. L. L. (2017). Selective and sensitive determination of lactose in lowlactose dairy products with HPAEC-PAD. Journal of Chromatography B: Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 1060, 395–399. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2017.06.024

60. Churakova, E., Peri, K., Vis, J. S., Smith, D. W., Beam, J. M., Vijverberg, M. P. et al. (2019). Accurate analysis of residual lactose in low-lactose milk: Comparing a variety of analytical techniques. International Dairy Journal, 96, 126–131. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2019.02.020

61. Gille, D., Walther, B., Badertscher, R., Bosshart, A., Brügger, C., Brühlhart, M. et al. (2018). Detection of lactose in products with low lactose content. International Dairy Journal, 83, 17–19. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2018.03.003

62. Trani, A., Gambacorta, G., Loizzo, P., Cassone, A., Fasciano, C., Zambrini, A. V. et al. (2017). Comparison of HPLC-RI, LC/MS-MS and enzymatic assays for the analysis of residual lactose in lactose-free milk. Food Chemistry, 233, 385–390. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.04.134

63. Gambelli, L. (2017). Milk and Its Sugar-Lactose: A Picture of Evaluation Methodologies. Beverages, 3(4), 35. https://doi.org/10.3390/beverages3030035

64. Рыбакова, Е. В. (2005). Высокоэффективная ионная и жидкостная хроматография для анализа продуктов питания для детей. Пищевая промышленность, 3, 24–26.

65. Garballo-Rubio, A., Soto-Chinchilla, J., Moreno, A., Zafra-Gómez, A. (2018). Determination of residual lactose in lactose-free cow milk by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) coupled to tandem mass spectrometry. Journal of Food Composition and Analysis, 66, 39–45. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2017.11.006

66. Monti, L., Negri, S., Meucci, A., Stroppa, A., Galli, A., Contarini, G. (2017). Lactose, galactose and glucose determination in naturally “lactose free” hard cheese: HPAEC-PAD method validation. Food Chemistry, 220, 18–24. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.09.185

67. Conzuelo, F., Gamella, M., Campuzano, S., Ruiz, M. A., Reviejo, A. J., Pingarrón, J. M. (2010). An integrated amperometric biosensor for the determination of lactose in milk and dairy products. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(12), 7141–7148. https://doi.org/10.1021/jf101173e

68. Halbmayr-Jech, E., Kittl, R., Weinmann, P., Schulz, C., Kowalik, A., Sygmund, C. et al. (2021). Determination of lactose in lactose-free and lowlactose milk, milk products, and products containing dairy ingredients by the LactoSens®R amperometry method: First action 2020.01. Journal of AOAC International, 103(6), 1534–1546. https://doi.org/10.1093/jaoacint/qsaa080

69. Ivory, R., Delaney, E., Mangan, D., McCleary, B. (2020). Determination of Lactose Concentration in Low-Lactose and Lactose-Free Milk, Milk Products, and Products Containing Dairy Ingredients: Single Laboratory Validation of an Enzymatic Method, First Action Method. Journal of AOAC International. https://doi.org/10.1093/jaoacint/qsab032

70. Li, M., Chen, J., Xu, J., Fu, S., Gong, H. (2015). Determination of lactose in milk by Raman spectroscopy. Analytical Letters, 48(8), 1333–1340. https://doi.org/10.1080/00032719.2014.979358