Hungalimentaria 217 217.4.27. Tejsavasan erjesztett savó alapú ital kifejlesztésének membrán-szeparációs és mikrobiológiai alapjai Pázmándi Melinda 1,2, Kovács Zoltán,2, Maráz Anna 1, SZIE, ÉTK 1 Mikrobiológiai és Biotechnológiai Tanszék 2 Élelmiszeripari Műveletek és Gépek Tanszék
A tejsavó Tejipari melléktermék - sajtkészítés során keletkezik Összetevő Édes savó % Savanyú savó % Szárazanyag 6,7 6,2 Laktóz 4,8 3,6 Fehérje,9,9 Zsír,4,3 Tejsav,7 Hamu,6,7 BOI 5 : 3-5 mg/l O 2 Savó értéknövelő feldolgozása: Savó Savófehérjék szeparálása Laktóz tartalmú oldat Értékes termék (táplálék kiegészítő, adalékanyag) Bioetanol termelés Biopolimerek előállítása Prebiotikumok előállítása (GOS) Tejsavasan erjesztett italok
Tejsavó értéknövelő feldolgozása Összetétel: 83% laktóz 13% fehérje Sók 1%-a H2O H2O Deminal9 Savópor Ultra- és Diaszűrés Savófehérjék Nanoszűrés H2O Galakto-oligoszacharid (GOS) enzimes szintézise Savó permeátum cc. Tejsavas fermentáció Prebiotikum-GOS GOS tartalmú ital Tejsavasan erjesztett italok
Célkitűzések 1) Tejsavó frakcionálása - savófehérje és laktóz frakciók szétválasztása Savó permeátum előállítása : Ultraszűrés: fehérjék elválasztása Diaszűrés: fehérjék tisztítása Nanoszűrés: laktóz oldat koncentrálása 2) Savó permeátum tejsavas erjesztésének kidolgozása tejsavbaktériumok alkalmazásával Törzsszelekció Savó permeátum tejsavas erjeszthetőségének vizsgálata Nitrogénforrás kiegészítés hatása - optimalizálás
Savó frakcionálása Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, 16 kg UF retentátum 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Savó frakcionálása ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, UF retentátum 4 g/l fehérje 16 kg 16 kg 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, UF-D permeátum 14 g/l laktóz Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Savó frakcionálása ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, UF retentátum 4 g/l fehérje UF-(C+D) 16 kg 28 g/l laktóz 16 kg 32 kg 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, UF-D permeátum 14 g/l laktóz Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Savó frakcionálása ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, UF retentátum 4 g/l fehérje UF-(C+D) 16 kg 28 g/l laktóz 16 kg 32 kg NANOSZŰRÉS R L =1% N=16 Membrán: DK 15 Da,,4 m 2, 3 kg NF permeátum: 9 g/l laktóz <1 g/l fehérje 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, 2 kg UF-D permeátum 14 g/l laktóz NF retentátum 34 g/l laktóz <1 g/l fehérje Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Laktóz kinyerés: 95%-os hatásfok ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, Koncentrálás: 7,4 x 46 34 g/l laktóz Savó frakcionálása UF retentátum 4 g/l fehérje UF-(C+D) 16 kg 28 g/l laktóz 16 kg 32 kg NANOSZŰRÉS R L =1% N=16 Membrán: DK 15 Da,,4 m 2, 3 kg NF permeátum: 9 g/l laktóz <1 g/l fehérje 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, 2 kg UF-D permeátum 14 g/l laktóz NF retentátum 34 g/l laktóz <1 g/l fehérje Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Laktóz kinyerés: 95%-os hatásfok ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, Koncentrálás: 7,4 x 46 34 g/l laktóz Savó frakcionálása UF retentátum 4 g/l fehérje UF-(C+D) 16 kg 28 g/l laktóz 16 kg 32 kg NANOSZŰRÉS R L =1% N=16 Membrán: DK 15 Da,,4 m 2, 3 kg NF permeátum: 9 g/l laktóz <1 g/l fehérje 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, 2 kg UF-D permeátum 14 g/l laktóz NF retentátum 34 g/l laktóz <1 g/l fehérje Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Savó 8 g/l fehérje 2 kg UF-C permeátum Laktóz kinyerés: 95%-os hatásfok ULTRASZŰRÉS R L =% R P =1% N=5 Membrán: 2 kda,,4 m 2, Koncentrálás: 7,4 x 46 34 g/l laktóz Savó frakcionálása UF retentátum 4 g/l fehérje UF-(C+D) 16 kg 28 g/l laktóz 16 kg 32 kg NANOSZŰRÉS R L =1% N=16 Membrán: DK 15 Da,,4 m 2, 3 kg NF permeátum: 9 g/l laktóz <1 g/l fehérje 16 kg H 2 O DIASZŰRÉS R L =% R P =1% N=4 Membrán: 2 kda,,4 m 2, 2 kg UF-D permeátum 14 g/l laktóz NF retentátum 34 g/l laktóz <1 g/l fehérje Végső retentátum 5 g/l laktóz 4 g/l fehérje
Tejsavas erjesztés: törzsszelekció Vizsgált törzsek: Különböző tejtermékekből, starterkultúrából és probiotikumokból izolált tejsavbaktérium törzsek Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus B397 Lactobacillus sakei DSM 217 Lactobacillus acidophilus N2 Lactobacillus casei PB 8 Lactobacillus helveticus PB 9 Lactobacillus plantarum 218 Lactobacillus rhamnosus PB 1 Lactococcus lactis A1 Lactococcus lactis A3 Lactococcus cremoris B1
Tejsavas erjesztés: kísérleti körülmények Fermentációs közeg: UF/DF savó permeátum Erjesztés: 1-2 g/l laktóz ~ 5 mg/l fehérje 15 ml-es Falcon centrifuga csövekben, 3 C-on, anaerob körülmények Mintavétel: 24 h, 48 h, Szaporodás mérése: OD 6 ; savtermelés: ph méréssel Laktóz felhasználás mérése: HPLC-vel (Rezex RNM Na+ szénhidrát oszlop, (Phenomenex, NL; Postnova RI detektor)
UF/DF savópermeátum erjesztése
UF/DF savópermeátum erjesztése
Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l 25 2 Savópermeátum kiegészítése savófehérjével laktózerjesztés hatásfoka,63 g/l Savófehérje 25 2 1,25 g/l Savófehérje 15 15 1 h 1 h 5 5 Lc. cremoris B1 Lb. helveticus PB9 Lc. lactis A1 Lc. lactis A3 Lb. rhamnosus PB1 Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. helveticus PB9 Lb. rhamnosus PB1 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 25 2 2,5 g/l Savófehérje 25 2 5 g/l Savófehérje 15 15 1 h 1 h 5 5 Lb. rhamnosus PB1 Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. casei PB8 Lc. cremoris B1 Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. helveticus PB9 Lc. cremoris B1 Lb. casei PB8
Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Kiegészítés nagyobb mennyiségű savófehérjével 25 2 15 1 5 Lc. cremoris B1,63 g/l Savófehérje Lb. helveticus PB9 2 ph csökkenés: 15 7 ~3,8-4,4 h 1 5 Szaporodás: Lc. lactis A1 Lc. lactis A3 Lb. Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. helveticus 1 7 sejt/cm 3 rhamnosus ~ 2*1 8 sejt/cm 3 PB9 PB1 25 1,25 g/l Savófehérje Lb. rhamnosus PB1 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 h 25 2 15 2,5 g/l Savófehérje 25 Laktóz felhasználás: 2 2 g/l 18-19 g/l 15 5 g/l Savófehérje 1 5 Lb. rhamnosus PB1 Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. casei PB8 Lc. cremoris B1 h 1 Fehérje felhasználás: 5 ~75 % Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. helveticus PB9 Lc. cremoris B1 Lb. casei PB8 h
Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l Savófehérje kiegészítés optimalizálása laktózerjesztés hatásfoka 12 1 1 g/l Savófehérje 12 1,5 g/l Savófehérje 8 8 6 h 6 h 4 4 2 2 Lb. acidophilus N2 Lb. platarum 218 Lb. casei PB8 Lc. lactis A1 Lb. sakei DSM Lb. sakei DSM Lc. lactis A1 Lb. acidophilus N2 Lb. platarum 218 Lb. helveticus PB9 12 1,25 g/l Savófehérje 12 1,125 g/l Savófehérje 8 8 6 4 2 h 6 4 2 h Lb. rhamnosus PB1 Lb. helveticus PB9 Lb. platarum 218 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 Lb. sakei DSM Lb. platarum 218 Lb. acidophilus N2 Lb. helveticus PB9 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 Lb. sakei DSM
Laktóz koncentráció g/l Laktóz koncentráció g/l,25 g/l savófehérjével kiegészített savópermeátum erjesztési jellemzői ph csökkenés: Lactobacillus: ~3,5-4, Lactococcus: ~3,8-4,3 Szaporodás: 48 óra alatt stacioner Lactobacillus: ~1 8 sejt/cm 3 Lactococcus: ~5*1 7 sejt/cm 3 Laktóz felhasználás: Lactobacillus: ~ 1,7-4,7 g/l Lactococcus: ~1,-3, g/l 12 1 8 6 4 2 12 1 8 Lb. rhamnosus PB1 Lb. helveticus PB9,25 g/l SF-Lactobacillus törzsek Lb. platarum 218 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 Lb. sakei DSM Lb. casei PB8 Lb. acidophilus N2,25 g/l SF-Lactococcus törzsek h Fehérje felhasználás: Lactobacillus: ~9% Lactococcus:~8% 6 4 2 h Lc. cremoris B1 Lc. lactis A1 Lc. lactis A3
ph Savópermeátum kiegészítése 5 g/l szójapeptonnal 8,8 8,6 Szaporodás Lb. casei PB8 8 7 ph csökkenés Lb. casei PB8 Lg Sejtcc., sejt/cm 3 8,4 8,2 8, 7,8 7,6 Lb. helveticus PB9 Lb. rhamnosus PB1 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 Lb. sakei DSM Lb. acidophilus N2 Lb. platarum 218 6 5 4 3 Lb. helveticus PB9 Lb. rhamnosus PB1 Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397 Lb. sakei DSM Lb. acidophilus N2 Lb. platarum 218 7,4 Lc. lactis A1 2 Lc. lactis A1 7,2 Lc. lactis A3 1 Lc. lactis A3 7, 2 4 6 8 Idő, óra Lc. cremoris B1 2 4 6 8 Idő, óra Lc. cremoris B1
Kiegészítés 5 g/l szójapeptonnal erjesztési jellemzők ph csökkenés: ~3,5 Szaporodás: 48 óra alatt stacioner Lactobacillus: ~1 8 sejt/cm 3 Lactococcus: ~3*1 8 sejt/cm 3 Laktóz felhasználás: ~4-5 g/l Fehérje felhasználás: ~1 %
Laktóz koncentráció g/l Kiegészítés 5 g/l szójapeptonnal és 5 g/l savófehérjével 25 5 g/l Savófehérje 2 15 1 h 5 Lc. lactis A3 Lc. lactis A1 Lb. helveticus PB9 Lc. cremoris B1 Lb. casei PB8 Laktóz felhasználás: ~4-5 g/l Laktóz felhasználás: ~1-2 g/l
ÖSSZEFOGLALÁS 1) Savó UF/DF kezelése: Ultra- és diaszűréssel a savó kezdeti laktóz tartalmának () 95%-át nyertük ki; 2) Nanoszűrés: a fehérjementes savót 34 g/l laktóz tartalomra koncentráltuk 3) Savó permeátum erjesztése tejsavbaktériumokkal: A higított savó permeátum önmagában nem alkalmas fermentációs közeg 4) Nitrogénforrásként savófehérje (5 g/l) hozzáadása esetén a Lactobacillus és Lactococcus törzsek szaporodása megnőtt, a laktóz hasznosítás azonban nem javult aminosavak preferenciája szénforrásként is 5) A N- és C-források arányának csökkentésével a laktóz hasznosítás mértéke javult; optimális arány:,25 g/l savófehérje : 1 g/l laktóz Legjobb törzsek: Lb. rhamnosus PB1, Lb. helveticus PB9, Lb. platarum 218, Lb. delbr. ssp. bulgaricus B397, Lb. sakei DSM Lactococcus törzsek: rosszabb szaporodás és laktóz erjesztés 6) A savó permeátum szójapeptonnal (5 g/l) való kiegészítésével a Lactobacillus és Lactococcus törzsek szaporodása és a laktóz felhasználás hatásfoka tovább növelhető volt.
A kutatómunka támogatói: 7. Európai Uniós keretprogram (PCIG11-GA-212-322219) Marie Sklodowska-Curie integrációs ösztöndíja (Kovács Zoltán) MTA Bolyai ösztöndíj (Kovács Zoltán) Élelmiszertudományi Doktori Iskola ösztöndíja (Pázmándi Melinda) KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!