酸性乳糖酶对奶粉中乳糖水解工艺的研究
时间：2020-09-20 04:03:24 来源：达达文档网 本文已影响 人 
周德宇
摘 要：用乳糖的水解率作为参照标准，借此来研究酸性乳糖酶对奶粉中乳糖水解工艺的催化作用，主要是研究了乳糖水解效率随时间、温度、酸碱度以及酸性乳糖酶的添加量等因素的变化情况。
关键词：催化效率;水解;酸性乳糖酶
前言：
生命活动所需的能量有很大一部分需要从乳糖中获取，尤其是对于婴幼儿来说，日常摄入适量的乳糖，不仅有利于身体健康发展，还有利于智力的开发。虽然乳糖具有很多益处，但是对于患有乳糖不耐受症的群体来说，摄入乳糖会使他们产生腹泻等不良反应，因此，我们有必要研究乳糖的水解工艺，改善乳糖不耐受的问题。
一、材料和方法
（一）样本介绍
本次试验选用的酸性乳糖酶的活性达到了100000ALU/g，选用的奶粉为代膳全脂奶粉。
（二）试验的设备和仪器
精密PH计，分辨率可达到0.01pH，测量范围为0-14.00pH;电子天平，主要用于定量分析，称量时可以精准到0.1mg;葡萄糖检测试剂盒，主要用来检测试验样本中的葡萄糖含量;卧式振荡培养箱;电热恒温水槽DK8AX。
（三）操作步骤与试验要求
试验的操作步骤是首先往代膳全脂奶粉中加入适量的清水进行冲兑，冲兑完成后调节奶粉的酸碱度并进行消毒灭菌处理，处理后需要将奶粉静置一段时间等待其温度下降到常温状态，然后往奶粉样本中加入一定量的活性为100000ALU/g的酸性乳糖酶，然后再把奶粉样本放到卧式振荡培养箱内进行恒温培养，使样本内的乳糖发生水解，水解后再次把样本加热，加热温度至少达到100℃，加热时间至少要达到5min，此加热过程可以使酶失去活性，为灭酶过程，接下来同样需要将奶粉静置一段时间使其冷却下来，等到温度降低到正常状态既可以测定样本内乳糖的水解率。
试验前需测定代膳全脂奶粉样本中的乳糖含量，选择的检测方法为直接滴定法，利用葡萄糖检测试剂盒直接滴定待测样本，以样本溶液的体积消耗量为依据计算出葡萄糖的含量，此测定方法易于操作且能够快速得出结果;试验后还需要测定乳糖的水解率，乳糖水解率的测算公式为：
试验的操作过程中需要注意以下几点要求：
首先是冲兑奶粉时要严格按照产品说明书上的要求准确调配水和奶粉的比例，此试验中加入的奶粉和水的比例为1：30（32g的奶粉配以240ml的清水），且加入的水的温度大约在30℃–40℃范围内;其次是要保障从加入酸性乳糖酶到使奶粉样本中的乳糖水解的整个过程是在无菌的情况下进行的;另外在调解样本的酸碱度时需要使用浓度为1moL/L的盐酸溶液进行调节;最后需注意灭菌后的奶粉与水的混合液的温度需要下降到30℃左右后才能开始下一步的操作。
二、结果及分析
（一）研究不同条件下乳糖水解率的变化情况
影响乳糖水解的因素有很多，本文主要介绍了时间、温度、酶的投入量以及酸碱度四个因素对于酸性乳糖酶催化下乳糖水解工艺的影响情况，除此之外酶的类别、反应底物的性质等因素也会影响乳糖的水解率。
首先是研究时间因素对于酸性乳糖酶催化下乳糖水解工艺的影响。设置一个检测乳糖水解率（%）随时间（h）变化情况的实验，其他条件均保持不变，测量不同时刻的乳糖水解率的大小，分析实验结果可知当时间在3h内时，随着时间的增长，乳糖水解率有比较明显的提升，之后，乳糖水解率的增长幅度较小甚至接近于零，在乳糖水解的过程中，最大的水解率超过了70%。
其次是研究温度对于酸性乳糖酶催化下乳糖水解工艺的影响。设置一个检测乳糖水解率（%）随温度（℃）变化情况的实验，其他条件均保持不变，测量不同温度下乳糖水解率的大小，从实验结果中，我们可以了解到随着温度的升高，乳糖水解率先增加后减少，这说明酸性乳糖酶的催化效率也是先增加后减小的，并且我们还可以看出当温度达到45℃时，乳糖水解率最高，酸性乳糖酶的催化效果最好。
其次是分析酸性乳糖酶的加入比例对于乳糖水解工艺的影响。设置一个检测乳糖水解率（%）随酸性乳糖酶的投入比例（%）变化情况的实验，其他条件均保持不变，测量当投入了不同比例的酸性乳糖酶时，乳糖水解率的大小，实验结果表明乳糖的水解率可以随着酸性乳糖酶投入量的加大而增高，其中在酸性乳糖酶的投入比例大于0.05%且小于0.15%的情况下，乳糖水解率的增长幅度较大，而当酸性乳糖酶的占比超过0.15%时，乳糖水解率的增长幅度会逐渐减缓。因此，在考虑到经济利益的情况下，为了加快乳糖的水解我们一般不会使用过量的酸性乳糖酶，而是以0.15%的投入比例为最佳。
最后是探究酸碱度对于酸性乳糖酶催化下乳糖水解工艺的影响，同样可以设置一个实验，只改变奶水混合液的酸碱度数值，其他条件保持不变，观察在不同的酸碱度环境下，乳糖水解率（%）的变化情况。从实验结果中能够了解到，随着酸碱度的增加，乳糖水解率呈现出了先增长后下降的变化趋势，并且是当酸碱度为3-5时，乳糖水解率随酸碱度提高而提高;当酸碱度超出5时，乳糖水解率随酸碱度提高而降低，由此可知，酸碱度为5时，乳糖的水解率最高，同时酸性乳糖酶的作用效果最好，据此我们需要把乳糖水解的酸碱度环境设定成pH=5。
（二）使用响应面分析方法改进乳糖发生水解的条件参数
借助响应面分析方法，完善由不同条件下的试验得出的各种因素对于乳糖水解的影响参数，使其变得更加科学和直观，由上文可知温度、酶的用量以及酸碱度是影响乳糖水解率的三个主要因素，因此我们以这三个因素为变量并把乳糖水解的时间控制成3h，重新设计出一项新的三因素三水平的试验方案，其中三因素即温度、酸性乳糖酶的添加量、酸碱度三个因素，三水平为-1、0、1。
之后再根据试验得出的数据并利用Design Expert软件建立回归方程，进行数据的回归分析。借助软件的智能分析，我们可以了解到在温度、酶的用量以及酸碱度三种影响因素中，酶的用量对于酸性乳糖酶催化下乳糖水解工艺的影响最大，温度次之，而酸碱度对于乳糖水解率的影响在三者之中最小。另外我们还可以得知温度、酶的用量以及酸碱度三种因素对于酸性乳糖酶催化下的乳糖水解工藝的交叉影响作用不强，即三种影响因素具有比较高的独立性。通过数据的记录和处理并借助软件对数据进行详细地分析，我们可以得出基本结论，即当温度达到45.33℃，酸碱度为4.93并且酸性乳糖酶的加入量达到0.17%时，乳糖的水解状态最好，水解率为77.01%。
此外，为了增强结论的准确性、客观性，我们还需要至少在重复进行两次试验，试验过程与第一次试验相同，当三次试验得出的结论相同或者出现的偏差在试验允许的范围内时，我们才可以得出真实可靠的结论。
三、结论
通过试验我们能够得知利用响应面分析法能够优化由不同条件下的试验得出的各种因素对于乳糖水解的影响结果，并且酸性乳糖酶对于乳糖水解的催化效果在时间为3h、酶含量为0.17%、酸碱度为4.93、温度达到45.33℃时最佳，此时奶粉中乳糖的水解率达到了77.01%，并且三次试验所得的结果在误差允许的范围内保持相同，因此本试验结果具有可信性。
患有乳糖不耐受症的人群食用了含有乳糖的奶粉后，会产生腹泻、腹痛等不良反应，而本文的验证试验证明了在达到了一定的条件后，往冲调后的奶粉中加入酸性乳糖酶可以加速乳糖的水解，有效地改善乳糖不耐受症患者们的困苦，并且有助于他们更好地吸收奶粉中的其它营养组分。
参考文献：
[1]景文娟，刘晓兰.固定化乳糖酶在低乳糖乳制品中的应用[J].中国乳业，2020（05）：73-80.
[2]黄梦瑶，范小雪，王存芳.酶在乳制品生产中的作用机理及应用研究进展[J].乳业科学与技术，2020，43（02）：44-48.
