Produkty bez laktozy: Produkcja mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy

dr hab. Małgorzata Ziarno, prof. SGGW, SGGW Warszawa,
dr inż. Dorota Zaręba, ZSG Warszawa
Forum Mleczarskie Biznes 1/2025 (58)
łowicz produkty bez laktozy
© łowicz (osm)

Nietolerancja laktozy stanowi problem dla znacznej części światowej populacji, co wymusza poszukiwanie alternatyw dla tradycyjnych produktów mlecznych. W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na żywność dostosowaną do potrzeb osób z nietolerancją laktozy przemysł mleczarski rozwija różne technologie modyfikacji zawartości tego składnika. Do najczęściej stosowanych metod należą hydroliza enzymatyczna, ultrafiltracja i chromatografia. Innowacyjne rozwiązania w tym zakresie umożliwiają produkcję mleka oraz produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy, co staje się coraz bardziej popularne zwłaszcza w krajach, gdzie świadomość problemu nietolerancji tego cukru jest coraz większa. Produkty fermentowane, takie jak jogurty i sery długodojrzewające, charakteryzują się naturalnie niższą zawartością laktozy, co sprawia, że są lepiej tolerowane przez osoby z tym schorzeniem. Dodatkowo galaktooligosacharydy (GOS) zawarte w produktach o obniżonej zawartości laktozy przynoszą podobne korzyści zdrowotne jako prebiotyk, wspierając funkcjonowanie układu pokarmowego. Produkty mleczne z hydrolizowaną laktozą mogą być całkowicie pozbawione tego cukru, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla osób cierpiących na nietolerancję.

Rynek produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy rośnie w tempie około 20% rocznie, głównie ze względu na zwiększanie się świadomości dotyczącej nietolerancji pokarmowych oraz zmieniającą się strukturę demograficzną. Laktoza, będąca głównym cukrem obecnym w mleku ssaków, stanowi istotne źródło energii dla noworodków. Zdolność do trawienia laktozy może często zmniejszać się z czasem, ponieważ dorastający i dojrzały organizm może tracić zdolność do produkcji enzymu zwanego laktazą, niezbędnego do metabolizmu laktozy. Ten proces jest naturalny i dotyczy większości ssaków, jednak w niektórych grupach etnicznych zdolność do trawienia laktozy utrzymuje się przez całe życie, co umożliwia spożywanie mleka również w dorosłości. Niemniej jednak nietolerancja laktozy, definiowana jako niezdolność do trawienia tego cukru, jest powszechna na całym świecie.

W środowisku medycznym wciąż trwa debata na temat różnych form nietolerancji laktozy oraz objawów związanych z jej trawieniem. Nawet łagodne dolegliwości, takie jak wzdęcia czy dyskomfort jelitowy, mogą skłaniać wielu konsumentów do unikania produktów mlecznych. Często nawet produkty o niskiej zawartości laktozy, np. świeże mleko i niektóre sery, są omijane przez osoby z nietolerancją. Dla przemysłu mleczarskiego straty związane z tym zjawiskiem są istotne, dlatego producenci intensywnie pracują nad produktami dostosowanymi do potrzeb tej grupy konsumentów.

Hydroliza laktozy

mlekovita bez laktozyW produkcji mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy kluczową rolę odgrywają różne metody hydrolizy, które pozwalają na redukcję tego cukru w mleku. Jedną z najpopularniejszych technik jest hydroliza enzymatyczna, w której wykorzystuje się laktazę – enzym szeroko rozpowszechniony w naturze, obecnie pozyskiwany z różnych źródeł niezwierzęcych (takich jak rośliny, drożdże, bakterie oraz grzyby). Proces ten, po raz pierwszy zaproponowany w przemyśle mleczarskim w latach 50. XX w., może być realizowany zarówno za pomocą enzymów rozpuszczalnych, jak i w bardziej złożonych systemach, np. reaktorach membranowych oraz unieruchomionych układach enzymatycznych.

Hydroliza laktozy prowadzi do zwiększenia słodkości produktów, co w wielu przypadkach pozwala na obniżenie poziomu cukru dodawanego do produktów. W kontekście przetwórstwa mleczarskiego techniki te nie tylko zwiększają atrakcyjność sensoryczną wyrobów, ale również wspierają długoterminowe przechowywanie. W dalszych częściach pracy omówimy szczegółowo różne metody hydrolizy laktozy, ich zalety i wady oraz ich wpływ na jakość końcowych produktów mlecznych.

Hydroliza laktozy za pomocą enzymów, szczególnie laktazy (β-D-galak-tozydazy, β-D-galaktozydogalaktohy-drolazy, EC 3.2.1.23), odgrywa kluczową rolę w produkcji mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy. 

Proces ten, choć prosty i niewymagający specjalistycznego sprzętu, wiąże się z koniecznością uwzględnienia wielu czynników takich jak stężenie substratu, pH, temperatura oraz czas kontaktu. W ciągu ostatnich kilku dekad hydroliza laktozy stała się istotnym elementem w produkcji mleka i produktów mlecznych, zyskując na znaczeniu dzięki dostępności enzymów oraz ich efektywności w poprawie jakości żywności.

Hydroliza za pomocą enzymów rozpuszczalnych

Hydroliza laktozy przy użyciu enzymów rozpuszczalnych (np. laktazy) stanowiła istotny krok w produkcji mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy. W początkowej fazie jej zastosowanie polegało na dodawaniu niewielkich ilości laktazy do mleka UHT, co umożliwiało efektywną hydrolizę w warunkach sterylnych. Taki proces zapewniał długi czas reakcji w temperaturze pokojowej, co przyczyniało się do zwiększenia efektywności hydrolizy przy znacznie mniejszych ilościach enzymu niż w przypadku metod niesterylnych. Warto zauważyć, że produkty mleczne poddawane hydrolizie laktozy rozwijają się od lat 70. XX w., a dostępność β-galaktozydaz przyczyniła się do wzrostu ich popularności. Ostatecznie rozpuszczalne laktazy, które są najczęściej wykorzystywane w przetwórstwie żywności, pochodzą głównie z mikroorganizmów, co dodatkowo podkreśla ich znaczenie w produkcji żywności.

Reaktory membranowe

piątnica mleko bez laktozyReaktory membranowe stanowią innowację w procesie hydrolizy laktozy, szczególnie w odniesieniu do produkcji mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy. W tym procesie hydrolizę zazwyczaj przeprowadza się na strumieniu mleka lub permeatu serwatkowego uzyskanego w procesie ultrafiltracji (UF). Kluczowym elementem tego systemu jest możliwość odzyskiwania enzymu z mieszaniny reakcyjnej za pomocą drugiego urządzenia UF, co pozwala na ponowne wykorzystanie preparatu. Osiągnięcie współczynnika konwersji laktozy na poziomie 78,1% przy odpowiednich parametrach przepływu stanowi przykład możliwości, jakie dają reaktory membranowe. Niemniej jednak, pomimo przeprowadzonych optymalizacji, ich implementacja w skali komercyjnej pozostaje wyzwaniem głównie ze względu na wysokie koszty inwestycji w infrastrukturę i konkurencję enzymów rozpuszczalnych, które okazały się bardziej opłacalne ekonomicznie. Ponadto złożoność procesu oraz trudności związane z zapobieganiem wzrostowi mikroorganizmów w warunkach ciągłej pracy w temperaturze pokojowej ograniczają jego atrakcyjność komercyjną.

Układy unieruchomione

Unieruchomione układy enzymatyczne zyskują na znaczeniu w procesach hydrolizy laktozy z mleka, permeatu oraz serwatki, co stwarza potencjał do ich szerokiego zastosowania na skalę przemysłową. W tym przypadku laktaza pochodzenia grzybowego ma największe znaczenie, a różnorodne nośniki – takie jak żywice jonowymienne, arkusze krzemionkowe czy porowate kulki szklane – wspierają efektywność procesu. Optymalne warunki dla laktaz grzybowych, z pH wynoszącym około 5 pozwalają na zachowanie istotnej aktywności enzymu nawet w pH 6,8, co jest korzystne w przypadku hydrolizy laktozy w mleku. Niskie pH tych enzymów sprzyja także ograniczeniu rozwoju mikroorganizmów, co ma kluczowe znaczenie w przetwarzaniu serwatki i jej permeatu. Stabilność enzymów grzybowych, pochodzących z organizmów uznawanych za bezpieczne dla zdrowia (GRAS), pozwala na ich długotrwałe wykorzystanie, co obniża koszty operacyjne w porównaniu z tradycyjnymi enzymami rozpuszczalnymi. Zastosowanie unieruchomionej β-galaktozydazy w hydrolizie laktozy nie tylko obniża koszty, ale także umożliwia uzyskanie mleka o niskiej zawartości laktozy, co jest bardziej wartościowe w porównaniu do hydrolizowanej serwatki. Jednak proces ten napotyka liczne trudności, takie jak adsorpcja białek mleka na powierzchni enzymu oraz ograniczona stabilność enzymów w klasycznych technikach unieruchamiania. Nie mniej ważna jest kontrola mikrobiologiczna, co szczególnie w neutralnym pH mleka może być kluczowe. Mimo tych wyzwań istnieją udane przykłady komercyjnego zastosowania tej technologii, które potwierdzają jej praktyczną wartość w produkcji mleka o niskiej zawartości laktozy.

jogurty sery bez laktozy

Ekstrakty komórkowe

Ekstrakty komórkowe (CCE) stanowią innowacyjne podejście w produkcji mleka i produktów mlecznych o niskiej zawartości laktozy. Wykorzystują one enzym laktazy pochodzący ze szczepu Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842, obecnego w tradycyjnej kulturze jogurtowej. Te termofilne bakterie są zdolne do produkcji β-galaktozydazy w różnych mediach, co otworzyło nowe możliwości zastosowania surowego preparatu enzymatycznego. Wyniki badań sugerują potencjalne korzyści ekonomiczne tej technologii w porównaniu do tradycyjnych metod. Jednakże intensywność obcych posmaków obserwowana po dodaniu CCE wymaga rozważenia jego zastosowania w produktach naturalnych (nie smakowych). Nowatorskie podejście wykorzystania ekstraktów komórkowych polega na hodowli bakterii w celu uzyskania surowego ekstraktu komórkowego, który następnie jest wykorzystywany bez dalszej obróbki. Metoda ta nie tylko wpływa na efektywność procesu hydrolizy laktozy, ale także może prowadzić do powstawania nowych disacharydów i oligosacharydów, co poszerza potencjalne zastosowania CCE w produkcji funkcjonalnych, fermentowanych produktów mlecznych. Dalsze badania mogą ujawnić zalety tej technologii dotyczące wzmacniania fermentacji i produkcji kultury starterowej, otwierając drogę do innowacyjnych rozwiązań w przemyśle mleczarskim.

Strona 1 z 2