VALORIFICAREA SUBPRODUSELOR DIN LACTOZA

1 Utilizarea lactozei pentru obtinerea de siropuri

Prin hidroliza lactozei se obtin siropuri care contin lactoza glucoza, galactoza, in raport de 30:35:3

Hidroliza poate fi realizata si pe permeatul care rezulta la ultrafiltrarea zerului dulce..

In practica se foloseste varianta cu lactaza libera, ca substrat utilizandu-se permeatul de la ultrafiltrarea zerului sau zerul deproteinizat. Pentru a avea un grad de hidroliza cat mai avansat (> de 90%), hidroliza enzimatica dureaza mai mult de 6 ore, cand se lucreaza cu solutii concentrate de lactoza (~15%) si circa 1 ora cand se lucreaza cu solutii mai diluate de lactoza(circa 5%).

Obtinerea de polioli din lactoza

Din lactoza prin hidrogenere in prezenta de Ni - Raneyse poate obtine polialcoolul lactitol sub forma de monohidrat sau de hidrat figura 3.2.

Lactitolul are un grad de dulce de 40% din cel al zaharozei si o caldura de dizolvare negativa (-12 kcal/g) ceea ce genereaza un efect de racire in cavitatea bucala.

Solubilitatea lactitolului este de circa 55% din cea a sorbitolulu care la 20°C da o solutie saturata continand 220 g/100 cm³ apa. Lactitolul nu poate traversa membrana intestinala ca atare, ci numai dupa ce este hidrolizat, fractiunea de glucid traversand membrana printr-un proces de transport activ - osmotic. In colon lactitolul care nu a fost asimilat in intestinul subtire este metabolizat in colon in acizi grasi volatili, eliberand 2 kcal/g.

3 Conversia lactozei din zer

Metaboliti obtinuti prin fermentarea zerului

Prin fermentarea lactozei sub actiunea unor bacterii lactice si/sau drojdii, din zer se pot numeroase bauturi destinate alimentatiei umane, integrand astfel acest subprodus in circuitul alimentar.

Zerul este un substrat convenabil pentru cultivarea unor drojdii sau mucegaiuri in vederea obtinerii proteinelor de biosinteza (denumite si proteine monocelulare). Biomasa rezultata in acest mod constituie o sursa potentiala de compusi organici valorosi (proteine, acizi, acizi nucleici, nucleotide, vitamine etc.). Procedeele de obtinere a proteinelor de biosinteza prezinta un interes particular in conditiile crizei de substante proteice destinate alimentatiei umane.

Lactoza din zer poate fi fermentata cu microorganisme specifice, cu scopul producerii unor metaboliti. Astfel, poate fi obtinut etanolul, un produs interesant in actualele conditii energetice. De asemenea, prin procese fermentative specifice, lactoza poate fi convertita in lactic si lactati, substante cu multiple utilizari. Biosinteza vitaminelor B₂ si B₁₂, folosind microorganisme cultivate pe zer, constituie o alternativa de importanta practica in conditiile stabilirii unor tehnologii de fermentatie si separare rentabile.

De un interes deosebit s-au bucurat in ultima perioada procedeele prin care se realizeaza hidroliza lactozei in glucoza si galactoza. Acest tratament se face atat cu scop tehnologic (evitarea fenomenului de cristalizare a lactozei in unele produse lactate, cresterea puterii de indulcire a amestecului de glucoza si galactoza in comparatie cu lactoza) cat si pentru a face posibila consumarea unor produse lactate de catre persoane cu intoleranta la lactoza.

Zerul reprezinta o materie prima valoroasa pentru obtinerea, prin fermentare, a numerosi metaboliti, printre care amintim pe cei mai importanti.

Alcoolul etilic Pentru productia de alcool etilic se foloseste zerul deproteinizat prin ultrafiltrare. Se utilizeaza ca agenti de fermentare anaeroba Kluyveromyces lactis, Kluyverornyces fragilis si Candida pseudotropicalis care se dezvolta bine in zerul deproteinizat deoarece acesta contine acizi grasi nesaturati, steroli si vitamine, indispensabile pentru multiplicarea normala a microbiotei mentionate.

Butanol acetona In cantitatea mare, butanolul impreuna cu acetona se obtine prin fermentarea acetono butilica in mediu acid a glucidelor din porumb, cartofi, melasa cu Clostridiuma cetobutylicum.

Prin fermentarea zerului deproteinizat cu Clostridiuma cetobutylicum.

Se obtine un amestec in raport de 10:1 de butanol / acetona, randamentul in aceste produse fiind de 1,5% (masa/volum) pentru zer deproteinizat cu 30% lactoza.

Acetona - alcool etilic. In fermentatia acetono - aldehidica cu Clostridium Butyricum a plamezilor de porumb si a melasei (concentratii in zahar fermentescibile de 5 - 7%), cu adaos de Na₂CO₃ In proportie de 10%fata de zahar se obtine acetona si alcool (1/1). Zerul deproteinizat concentrat, cu 30% lactoza, poate fi fermentat cu acetono - etilic (masa/volum) dupa 5 - 7 zile de fermentare.

Metan (biogaz). Fermentatia metanica se realizeaza de obicei pe diferite straturi organice in conditii anaerobe, fazele principale fiind hidroliza, acidogeneza, metanogeneza. In cazul substituirii de zer, acesta trebuie acidifiat mai intai cu bacterii lactice, dupa care metanizarea se face cu bacterii metanogene anaerobe (Lactoza + H₂O→6CO₂ + 6CH₄). Teoretic este posibil ca dintr-un m³ de zer deproteinizat sa se obtina 20,7 m³ CH⁴, echivalent cu 18,6 l motorina. Procedeul de metanizare a zerului deproteinizat conduce si la formarea de cantitati mari de namol si de un efluent poluant cu CBO de 2000 mg/l ceea ce necesita un tratament suplimentar al efluentului pentru epurare.

Acid lactic In mod normal, pentru productia de acid lactic se folosesc se folosesc plamezi zaharificate de porumb/cartofi sau melasa, utilizandu-se pentru fermentare B Delbrueku. Acidul lactic se poate obtine si prin fermentarea zerului, respectiv a permeatului de la ultrafiltrare cu ajutorul bacteriilor homofermentative - termofile, acido - rezistente.

In aceasta directie Lactobacillus helveticus produce pana la 2,7% acid lactic, iar Lactobacillus bulgaricus si Lactobacillus lactis numai 1,8 % acid lactic.

Acidul lactic 85% se obtine din acidul lactic 50% prin concentrare in evaporatoare acido - rezistente.

In mod asemanator cu lactatul de calciu se pot obtine si: lactat de amoniu, lactat de Na, lactat de aluminiu, lactat de magneziu etc precum si lactofosfati.

Acidul lactic si lactatii au utilizari in industria alimentara, farmaceutica si cosmetica, industria chimica in calitate de acidulanti, conservanti, inhibatori ai cristalizarii zaharului, agenti de sapiditate, suporturi biodegradabile.

Vitamina B₂ Vitamina B₂, este biosintetizata in cantitati mari de Clostrdium acetobutylicum si Eremothecium ashbyu (mucegai).

Filtratul, care contine vitamina B₂ se extrage cu solventi sau prin alte procedee (reducere si oxidare biologica, reduce rechimica la dehidroxiriboflavina si reoxidarea leucobazei, separarea cu schimbatori de ioni).

Vitamina B₁₂ - Zerul folosit ca mediu de cultura (5 - 6%) este imbogatit cu extract de drojdie (1%) si clorura de cobalt (0,04 - 0,06). Mediul de cultura sterilizat si racit la 2830°C, cu pH = 0,7, se insamanteaza cu 10% cultura de Propionibacterium Shermanu. Fermentatia decurge initial in anaerobioza timp de 80 ore (presiune de CO, de 0,2 - 0,3 bar), dupa care timp de alte 80 ore se face aerare cu un debit de 1m³/l si min.

Lichidul fermentat, continand masa de celule se centrifugheaza, iar apoi aceasta masa se resuspenda in apa acidulata cu HCl si se incalzeste la 80 - 90°C pentru trecerea vitaminei B₁₂ in solutie. In continuare, in solutie se adauga NaCl si se separa masa celulara prin centrifugare iar vitamina B₁₂ se extrage din solutia apoasa clara cu fenol - butanol (1/1) folosind un raport solutie apoasa/solvent de 20/l.

Alti metaboliti. Din lactoza mai pot fi obtinuti urmatorii metaboliti:

q  Acid citric cu ajutorul lui Aspergillus niger;

q  Acid lactobionic cu ajutorul unor specii de Pseudomonas;

q  Acid itaconic cu ajutorul lui Aspergillus terreus;

q  Xantan cu ajutorul lui Xanthmonas campestris;

q  Acid acetic (via alcool etilic) cu ajutorul lui Acetobacter si CI.
thermoaceticum;

q  Galactoza cu ajutorul lui Kluyveromyces fragilis.

4 Produse sub forma de pulbere din zer

Zerul dulce sau acid se poate usca dupa concentrare prin procedeul "spray' sau pe valturi (pelicular). Cel mai adesea se aplica uscarea prin atomizare (pulverizare), fiind necesara concentrarea prealabila a zerului pana la 50% su.

Se poate obtine: zer praf integral, zer praf demineralizat si zer praf mai mult sau mai putin delactozat (cu hidroscopicitate redusa pana la nehigroscopic).

Delactozarea se poate face cu lactaza sau prin tratarea zerului cu Kluyveromyces fragilis cu activitate β - galactozidazica, care consuma glucoza dar nu si galactoza).

Zerul praf integral se utilizeaza la:

q  fabricarea covrigilor si pesmetilor carora le confera fragezime mai mare;

q  fabricarea cornurilor si franzelelor carora le asigura o structura mai fina si miez fraged (adaos 2 - 6%);

q  fabricarea turtei dulci si vafelor carora le asigura culoare mai atragatoare (adaos 10 - 15%);

q  producerea de alimente pentru copii (adaos 20 - 40%);

q  obtinerea de produse zaharoase (adaos 3 - 10%);

q  bauturi nutritive (adaos 6%);

q  budinci si deserturi congelate (adaos 3 - 4%);

q  furaj pentru porcine, in amestec cu sroturi (0,6 kg/zi pe cap de animal).

Zerul praf demineralizat se utilizeaza in producerea de alimente cu destinatie speciala (diete pentru persoane cu boli renale si boli cardiovasculare).

Zerul praf delactozat este destinat in producerea de alimente pentru persoane cu intoleranta la lactoza.