Лактулоза – основной отечественный пребиотик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лактулоза - основной отечественный пребиотик

Цель занятия - ознакомиться с технологией получения, свойствами и применением основного пребиотика лактулозы.

Вопросы к семинару:

Характеристика, основные свойства, физиологическое действие.

Способы получения.

Применение лактулозы при производстве различных продуктов.

Краткие сведения из теории

Лактулоза - дисахарид, состоящий из остатков галактозы и фруктозы, связанных между собой в-(1>4)-гликозидной связью. Лактулозу получают из молочной сыворотки методом химической изомеризации лактозы. Пребиотические свойства лактулозы хорошо изучены, она стала классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника. По данным исследований, для поддержания в норме кишечной микрофлоры рекомендуется потреблять 3-5 г лактулозы в день. Лактулоза используется в продуктах детского, диетического, геродиетического (для пожилых людей) и функционального питания.

Практическая часть

Лактулоза относится к классу веществ пребиотиков, и имеет следующие функциональные свойства [1]:

не расщепляется пищеварительными ферментами в верхних разделах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ),

в неизмененном виде достигает нижних разделов ЖКТ (толстой кишки), лактулоза метаболит дисахарид катализатор

избирательно стимулирует рост и развитие защитной (полезной) микрофлоры кишечника бифидобактрий, лактобактерий и тд.

Лактулоза расщепляется ферментами кишечной микрофлоры (бифидо- и лактобактериями) до органических кислот: молочной кислоты, уксусной кислоты, масляной кислоты и др.

Рисунок 1 - Молекула лактулозы

Физиологические свойства препаратов лактулозы

Лактулоза обладает рядом полезных свойств [2]:

подкисляет содержимое кишечника;

выводит аммиак;

повышает перистальтику, осмотическое давление;

ингибируете активности ферментов, продуцирующих токсины;

предотвращает образование желчных камней;

сокращает время нахождения токсинов в организме;

контролирует уровень глюкозы и инсулина;

предотвращает желудочно-кишечные инфекции.

Многолетние исследования установили, что препараты лактулозы имеют ряд полезных для здоровья действий, таких как [1]:

Поддержка жизнедеятельность Bifidobacterium и подавление вредных бактерий

Подавление токсичных метаболитов и вредных ферментов.

При употреблении препаратов лактулозы человеком наблюдалось подавление токсичных метаболитов и вредных ферментов. Было установлено, что после употребления препаратов лактулозы значительно снизилось содержание в фекалиях токсичных метаболитов (аммиака, скатола, индола и др.) и вредных ферментов (b - глюкуронидаза, нитроредуктаза, азоредуктаза) или же просматривалась тенденция к уменьшению.

Способствование абсорбции минералов и укреплению костей.

Изучалось влияние препаратов лактулозы на твердость костей экспериментальных крыс, подверженных остеопорозу. Свойства, связанные с восстановливаемостью бедра, после переломов улучшалось при введении препаратов лактулозы по сравнению с контрольной. Полученные данные позволили предположить, что использование лактулозы способствует абсорбции кальция, по средством чего повышается прочность костей.

Облегчение запора

Потребление препаратов лактулозы приводит к размягчению фекалий посредством связывания воды и к улучшению функционирования кишечника. Лактулоза под действием бифидобактерий кишечника разлагается до коротко-цепочных жирных кислот и, эти кислоты снижают рН кишечника, стимулируют перистальтику и повышают влажность фекалий и их осмотическое давление. Использование препаратов лактулозы как слабительных средств запатентовано в фармацевтической области во многих странах.

Стимулирование функций печени

Подавление токсических метаболитов облегчает протекание печеночной интоксикации. Лактулоза снижает уровень аммиака в крови и облегчает симптомы нарушения функций печени.

Ингибирование образования вторичных желчных кислот

Трансформация первичных жирных кислот во вторичные зависит от рН кишечника. В исследованиях наблюдалось подавление вторичных желчных кислот в кишечнике после введения препарата лактулозы здоровым добровольцам.

Антиканцерогенный эффект

Ряд сообщений показали наличие антиканцерогенного эффекта в опытах на животных. Данный эффект связан с активизацией иммунной системы клетками бифидобактерий, компонентами клеточных стенок и межклеточными компонентами. Ученые оценили иммунологические свойства и антибактериальные действия лактулозы на пациентах с циррозом печени. Было предположено, что активизировалась межклеточная иммунная система, которая была подавлена во время цирроза печени.

Получение лактулозы

Современные промышленные способы получения лактулозы различаются по [3]:

составу и свойствам исходного сырья,

виду и количеству применяемых катализаторов,

режимам осуществления реакции изомеризации,

методам очистки и концентрирования растворов,

способам удаления непрореагировавшей лактозы,

виду получаемого продукта.

Однако любая технология лактулозы основана на реакции внутримолекулярной перегруппировки молекулы лактозы по механизму ^-трансформации. При этом глюкозный остаток лактозы изомеризуется во фруктозный, что приводит к образованию дисахарида с той же химической формулой -- С12Н22О11 и молекулярной массой -- 342,3, но с другими физико-химическими и биологическими свойствами.

В качестве сырьевого источника для получения лактулозы теоретически может применяться любое сырье, содержащее лактозу, в том числе цельное молоко. Учитывая нежелательное воздействие щелочной среды и высокой температуры на компоненты молока (неконтролируемый гидролиз, мела-ноидинообразование и др.), целесообразно использовать очищенные от жира и белка растворы. К перспективным экономически выгодным сырьевым источникам следует отнести молочную сыворотку и другие виды лактозосодержащего сырья [4].

Основным технологическим процессом получения лактулозы является изомеризация лактозы с использованием гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов как катализаторов. Такой способ позволяет трансформировать в лактулозу около 30% лактозы. Щелочи относительно легко удаляются известными методами деминерализации.

Примером может служить способ, включающий:

очистку раствора молочного сахара с массовой долей 15-20%

нагревание раствора до 90-95°С

внесение щелочи при этой температуре, изомеризацию лактозы в лактулозу путем выдерживания раствора в течение 6-8 мин при постоянном перемешивании и достижении pH 8,8-9,0

нейтрализацию лимонной кислотой до pH 5,5-6,5

сгущение изомеризованного раствора при 50-60°С

охлаждение раствора

кристаллизацию лактозы и отделение ее от сиропа лактулозы. Особенностью описанного способа является частичная деминерализация раствора путем осаждения кальция в виде малорастворимых солей -- цитратов. При высокой температуре образование лактулозы идет более интенсивно и достигает максимальных значений степени изомеризации при меньших значениях цветности, характеризующей накопление побочных продуктов реакции. Для обеспечения точного контроля за режимом термостатирования и резкого охлаждения раствора для предотвращения распада лактулозы процесс проводят в автоматизированных пластинчатых пастеризационно-охладительных установках.

Кроме щелочей в качестве катализаторов могут быть использованы высокоэффективные (есть данные на степень изомеризации до 80%), но токсичные и трудноудаляемые алюминаты и бораты:

В раствор лактозы добавляют алюминат натрия в количестве 0,5-4 моля на 1 моль сахара

смесь нагревают, выдерживают в течение нескольких часов

алюминаты удаляются из смеси осаждением.

Для этого активная кислотность регулируется соляной или серной кислотой, а для полного удаления образующегося гидроксида алюминия предлагается использовать специальные мембраны.

Третья группа катализаторов включает сульфиты, фосфиты и другие слабощелочные реагенты, дающие невысокий выход лактулозы, но и низкий выход побочных продуктов. Один из способов получения [5]:

фосфиты, которые вносят в 55-65%-е растворы лактозы в количестве 2,1-8,6% раствор кипятится в течение 20-240 мин.

охлаждения раствора кристаллизация и отделение лактозы деминерализация, концентрирование, повторному отделению лактозы.

По данным авторов, максимальная конверсия составляет 20% и достигается при 120 мин кипячения. Готовый продукт после нескольких циклов получают в виде сиропа.

Учитывая значительный список применяющихся для изомеризации реагентов, можно сказать, что «идеальный» катализатор пока не найден и научный поиск в области совершенствования процесса продолжается.

Применение лактулозы при производстве различных продуктов.

Лактулоза может быть задействована в производстве функциональных продуктов на основе [2, 6, 7]:

Молока и кисломолочных продуктов - кефиры, йогурты, ацидофилин (например «Лактусан»)

Соки и безалкогольные напитки

Детское питание (например «Семпер-Бифидус» (Швеция))

Хлеб и хлебобулочные изделия

Кондитерские изделия

Мороженое

Мясные продукты

Список литературы

1. Краснова, О.А. Использование лактулозы при производстве кисломолочных продуктов/ Краснова О.А., Князева О.Ю. //Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - С. 4-8.

2. Рябцева, С.А. Технология лактулозы: настоящее и будущее //Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2008, - С. 45-47.

3. Евдокимов И.А. Современное состояние и перспективы использования лактозосодержащего сырья / / Изв. вузов. Пищевая технология. -- 1997. -- № 1. -- С. 15-17.

4. Пат. 2031430В Великобритания МКИ С07Н 3/02. Процесс производства лактулозы; Заявл. 29.09.78; Опубл. 12.01.83.

5. Леонидов, Д. С. Лактулоза: диапазон использования в пищевой промышленности //Ингредиенты для производства пива и напитков. - 2011. - С. 26-27.

Размещено на Allbest.ru