生产乳基产品的方法与流程

本发明涉及一种生产乳糖减少的热处理乳基产品的方法，该方法包括用乳糖酶处理乳基底物并进行热处理。背景技术：1、大多数乳糖减少或无乳糖的乳基产品是以分批方法生产的，即将乳糖酶添加到乳中，然后将乳在低温(通常低于10℃)下孵育足够的时间以将乳糖含量降低至小于0.01％或小于0.1％(在大多数国家，这允许将例如乳标记为无乳糖的)，随后进行热处理，例如巴氏灭菌、uht或esl(延长保质期至长达35天)处理。与乳糖酶的分批应用相关的一些缺点包括：2、(1)孵育时间可长达24h，有时甚至更长，这引起了对新孵育罐的产能和资本投资的关注，以响应对无乳糖的乳制品日益增长的需求。3、(2)延长的孵育时间使嗜冷微生物有机会生长并分泌其酶(特别是蛋白酶)，其中一些酶是热稳定的并且可能在保质期内降低最终产品的质量。4、(3)乳糖水解后进行剧烈热处理(例如在uht应用中)将导致美拉德反应以加速的速率进行。当乳糖水解为葡萄糖和半乳糖时，具有还原端的糖的浓度加倍，并且尤其是半乳糖比乳糖反应性高得多。5、最近并且特别地，在无乳糖的esl和uht乳饮料的情况下，无菌定量给料设备形式的先进工艺工程技术引起了广泛关注，并且使得可能克服与分批方法相关的许多问题。这样的无菌定量给料设备使得可以在esl/uht处理之后添加乳糖酶。这样的无菌定量给料设备的实例是tetra pak aldose系统、tetra pak flexdose系统和gea varidose系统。这些系统的优点是：6、(1)在热处理步骤之后，以高精度将较少量的无菌乳糖酶定量给予到乳流中，从而允许乳糖水解在储存的最初几天发生。7、(2)降低无乳糖乳饮料中美拉德反应、褐变和晚期糖基化终末产物(age)形成的程度，尤其是当应用适当的受控储存条件时。8、(3)与分批方法相比，省略了预孵育，从而解决了产能问题并降低了嗜冷微生物活性的风险。9、尽管无菌定量给料系统具有上述优点，但存在与其使用相关的许多缺点，例如：10、(1)由于乳糖酶是在热处理步骤之后添加的，因此它们的配制品应具有尽可能高的纯度。这是因为它们的配制品中的任何有害的副活性在长保质期内可能对最终产品产生非常负面的影响，尤其是在uht产品的情况下。11、(2)在tetra pak flexdose和gea varidose系统的情况下，乳糖酶应无菌填充在无菌桶和袋中。12、(3)上述第(1)点和第(2)点的要求意味着这些无菌乳糖酶与分批方法中使用的乳糖酶相比，每单位活性的成本更高。13、(4)这些无菌定量给料系统的平均资本成本相当高。14、(5)使用tetra pak flexdose和gea varidose系统时，会产生与消耗品有关的额外运行成本。例如，每次更换无菌桶时也要更换软管和针头。15、(6)在tetra pak aldose系统中，酶配制品最初不是无菌的。将酶配制品用水稀释，然后使用至少2个过滤器在线(在乳制品中)过滤，以确保酶流的无菌性，然后再将其与乳流混合。因此，这可能会有问题，因为在线安装的过滤器可能被难以过滤的酶配制品堵塞，这可能在操作中造成许多麻烦。即使酶配制品的过滤性如预期的那样起作用，仍然需要定期(通常每天)更换过滤器。16、目前尚不存在克服了分批给料方法和无菌定量给料方法的所有上述限制的将乳糖酶应用于无乳糖的uht和esl产品中的快速、平稳、易于实施、无故障、有成本效益的解决方案。17、wo 2009/071539(诺维信公司(novozymes))涉及使用具有乳糖酶活性的酶生产乳制品的方法。披露了通过在高温(即至少60℃、至少62℃、至少63℃、至少64℃、至少65℃、至少67℃、至少70℃或至少75℃)下用乳糖酶处理乳基底物来生产低乳糖乳产品的方法。18、wo 2018/189238(科汉森公司(chr.hansen))披露了β-半乳糖苷酶，据说这些β-半乳糖苷酶在宽范围的温度和ph值下是稳定的且具有相对较高的活性。披露了用于通过用β-半乳糖苷酶处理乳基底物来生产乳制品的方法，其中该处理或该处理的一部分可以在高温下进行。在添加β-半乳糖苷酶后3-30分钟内可以获得小于0.2％乳糖的乳糖浓度。19、wo 2020/176734(杜邦公司(dupont))涉及用于通过在高温下使底物与乳糖酶(例如热稳定性乳糖酶)接触来减少乳基底物中乳糖的量的方法。披露了用具有中性乳糖酶活性的酶从乳基底物生产无乳糖乳制品的方法，其中在72℃下巴氏灭菌15秒后，超过20％的乳糖酶活性保留在乳基底物中。这样的巴氏灭菌有时也被称为高温短时(htst)巴氏灭菌。20、us2010/0215828涉及用于制备保存良好的低乳糖、无乳糖或无碳水化合物乳产品的方法，其中糖和蛋白质被分离成单独的级分，并且至少对蛋白质级分进行热处理以使天然纤溶酶系统和其他有害酶失活，对这些蛋白质和糖级分单独进行热处理(以避免美拉德反应)，并且将这些级分中的一种或多种组合成具有所需组成和甜度的乳产品。热处理可以通过巴氏灭菌、高温巴氏灭菌、使用esl处理或uht处理来进行。如果需要，可以水解糖级分中的乳糖。使用乳糖酶进行水解，随后在37℃下孵育4小时，然后进行热处理。21、us 2013/0142904(阿尔乐公司(arla))涉及生产包装的乳糖减少的乳相关产品的方法，其中对乳糖减少的乳相关进料进行高温处理并包装。22、deeth(2017)“optimum thermal processing for extended shelf-life(esl)milk[延长保质期(esl)乳的最佳热处理]”，foods[食物]6(11)：102综述了延长保质期(esl)乳的最佳热处理。deeth解释了esl或超巴氏灭菌乳是使用以下条件通过热处理生产的：用于传统高温短时(htst)巴氏灭菌的条件与用于超高温(uht)灭菌的条件之间。esl乳的冷藏保质期应超过30天。为了实现这一点，热处理必须相当强烈。与巴氏灭菌的温度-时间条件(大多数国家规定为至少72℃持续至少15s)不同，esl处理通常没有这样的规定条件。根据deeth(2017)，报道的esl乳的商业处理条件主要是在123℃-127℃的范围内持续1-5秒。美国法规将“超巴氏灭菌”的方法定义为在至少138℃下将乳加热至少2秒。23、uht处理可以是例如在130℃下热处理30秒，在140℃下热处理3-4秒或在145℃下热处理1秒。技术实现思路1、本发明提供了一种生产乳糖减少的热处理乳基产品(例如乳)的方法，该方法使用具有乳糖酶活性的酶，而无需对乳基底物与酶进行广泛的预孵育，并且不需要在热处理后使用无菌定量给料系统添加酶。2、本发明提供了一种生产乳糖减少的热处理乳基产品的方法，该方法包括：3、a)将具有乳糖酶活性的酶添加到包含至少2％乳糖(w/w)的乳基底物中，4、b)添加该酶之后，通过将该乳基底物在至少120℃的保持温度下保持至少1秒的保持时间来对所述乳基底物进行热处理，随后冷却以产生热处理乳基产品，以及5、c)将该热处理乳基产品在至多40℃的温度下储存至少24小时、优选地至少2天，例如至少3天、更优选地至少4天，6、其中在步骤c)之后，该乳基产品中的乳糖含量为至多0.2％(w/w)。7、优选地，在步骤b)之后但在步骤c)之前，该乳基产品中的乳糖含量为至少0.5％(w/w)。8、优选地，立即添加具有乳糖酶活性的酶，然后进行热处理(例如uht处理)。在热处理(例如uht处理)之后，酶具有一些残余活性，这确保在低温或环境温度下储存期间乳糖降解至所需的低乳糖水平。优选地，酶具有30℃-60℃、更优选地35℃-55℃的最适温度。不希望受理论的束缚，具有较高最适温度并且可能甚至在热处理期间具有活性的酶将具有少许刚性结构，并且在低温或环境温度下储存期间将不具有足够的活性。同样，不希望受理论的束缚，本发明的方法中使用的具有30℃-60℃、更优选地35℃-55℃的最适温度的酶在热处理期间可以是未折叠的并且是无活性的，但是之后具有重折叠和再活化的能力，并且因此具有可测量的或甚至大量的残余活性，确保在乳基产品储存期间的乳糖降解。预期在热处理(例如uht处理)之后，本发明的乳糖酶的相当高的残余活性可能是由于一旦温度降低就具有重折叠和再活化的能力。9、优选地，在乳糖含量为4.7％的脱脂乳中在90℃下孵育30秒、在140℃下孵育5秒、并且在70℃下孵育30秒，随后冷却到0℃-10℃，并且随后在23℃下孵育72小时后，酶具有至少0.5％、优选地至少1％、至少2％或至少3％、更优选地至少5％、甚至更优选地至少10％的残余活性，其中该残余活性相对于相同酶在脱脂乳中未在90℃下孵育30秒、在140℃下孵育5秒、并且在70℃下孵育30秒，随后冷却到0℃-10℃，并且随后在23℃下孵育72小时的活性。10、优选地，在热处理之前不将乳基底物与乳糖酶一起孵育，从将乳糖酶添加到乳基底物中至达到热处理的保持温度所需的时间(取决于工艺设备)除外。优选地，步骤b)在步骤a)之后立即进行，而无需进行专门的孵育步骤。11、根据该方法可以应用至少三种主要工艺选择：12、在第一种选择中，可以将乳基底物与乳糖酶混合，然后直接在uht或esl条件下处理，而无需将乳基底物与乳糖酶一起孵育。13、在第二种选择中，可以将乳基底物直接在uht或esl条件下处理，其中在乳基底物流过工艺管道时，任选地在乳基底物的温度朝着热处理步骤的温度增加时，将乳糖酶添加到所述乳基底物中，然后立即进行热处理步骤。可以在刚好uht/esl处理之前当乳基底物的温度为1℃-95℃、优选地70℃-90℃的任何时间点添加乳糖酶。乳糖酶的添加可以经由简单的定量给料泵通过连接至主乳流管的管进行。一旦添加到流动的乳基底物流中，将温度(进一步)升高至esl或uht处理条件。可以使用不与乳基底物直接接触而是通过设备接触表面隔开的加热介质，例如板式热交换器或管式热交换器。这可以被称为间接热处理，优选地间接uht处理。14、在第三种选择中，使用高压蒸汽通过蒸汽喷射或蒸汽注入、优选地蒸汽喷射进行热处理来加热乳基底物，并且酶可以与蒸汽一起添加。这可以被称为直接热处理，优选地直接uht处理。在步骤b)的保持时间之后，可以将包含蒸汽的乳基底物在真空中快速冷却以去除相当于所用冷凝蒸汽的量的水。除了通过蒸汽喷射或蒸汽注入加热乳基底物之外，还可以应用间接加热，例如使用板式或管式热交换器。15、在任何情况下，热处理后乳糖酶的残余活性确保了乳糖水平在储存的初始阶段(例如，长达2周，例如在前2或3天期间)将降低至乳糖减少的水平、优选地无乳糖的水平(例如，小于0.1％或小于0.01％)。16、本发明的方法具有优于现今用于生产esl和uht处理的乳基产品(例如esl或uht乳)的方法的许多优点。17、与现今应用的分批方法相比，本发明的方法由于减少了美拉德反应而提供了乳糖减少或无乳糖乳基产品的改善的颜色和质量。在没有预孵育的情况下，可能在热处理后存活的分泌酶(包括蛋白酶)的嗜冷细菌的生长将减少，因此乳基产品可以具有更长的保质期。另外，在没有预孵育的情况下，减少了产能成本和工艺时间。本发明的方法也更容易操作，因为不需要监测罐直到乳糖水平低于0.1％或0.01％。18、与现今应用的无菌定量给料方法相比，在本发明的方法中，不需要投资于无菌定量给料设备并且不需要例如定期更换无菌桶。另外，目前的无菌乳糖酶具有大约1年的保质期，而在本发明的方法中使用的酶可以具有2年或更长的保质期。本发明的方法易于操作且无麻烦，因为不需要对任何无菌定量给料系统进行监测或故障排除。乳基产品的最终质量在颜色和美拉德反应方面是相同的。19、本发明的方法易于在工业水平上应用，并且没有实施障碍。20、本发明诸位发明人惊讶地发现来自cazy数据库gh2家族进化枝dylge的乳糖酶特别适合用于本发明的方法。因此，在优选的实施例中，具有乳糖酶活性的酶是来自进化枝dylge的gh2乳糖酶，优选地来自进化枝dylge的细菌gh2乳糖酶。21、在优选的实施例中，具有乳糖酶活性的酶在其氨基酸序列中包含基序wtxxdy[i/l/r]ge[p/s/a]。22、在优选的实施例中，具有乳糖酶活性的酶在其氨基酸序列中包含基序sr[w/y/f]ysgsgx[y/g]r和/或[l/v/i]x[l/v/i]phd。