Study of galactooligosaccharides synthesis process using Kluyveromyces marxianus and Streptococcus thermophilus | Синтез галактоолигосахаридов с использованием дрожжей Kl. marxianus и термофильного стрептококка

English. There was investigated the effect of lactose concentration and fermentation time on the synthesis of galacto-oligosaccharides (GOS) using autolysate of yeast Kluyveromyces marxianus and lactic acid microorganisms Streptococcus thermophilus to determine the optimal technological parameters of the process. Each experiment involved 3 stages. The 1-st stage – cultivation of yeast – was carried out in a cheese whey reconstituted to mass fraction of solids 15% for 13±1 hours at temperature of 30±2 deg. C. The 2-nd stage – autolysis of microorganism cells for enzyme extraction – was carried out at temperature of 52±2 deg.С for 24 hours. A specific feature of the process was the addition of 5% activated starter culture Str. thermophilus before the autolysis of yeast. The 3-d stage, the purpose of which was the synthesis of GOS, was carried out for 24 hours at temperature of 52 deg.C after the addition of lactose to the autolysate to a concentration of lactose of 20, 25 and 30%. The content of GOS in fermented whey was determined by high performance liquid chromatography on a chromatograph. The dependence of the yield of GOS on the concentration of lactose is nonlinear. The highest concentration of GOS was obtained in 25 % lactose solutions after fermentation for 12 hours. The first fermentation period is unstable, dispersion of data is 22–27% after 5 h and 16–17% after 8 h. In the future, the process becomes more predictable, after 10–12 h and after 24 h of fermentation, the relative error in measuring the concentration of GOS decreases to 5–10%. Optimization of the process allowed determining the fermentation time (14.6 h) and lactose concentration (26.36 %), at which the maximum yield of GOS (36–45%) can be obtained. The results of the research became the basis for the development of the patented method for preparing a food supplement for functional nutrition with an increased content of GOS and a low cost.

Russian. Изучено влияние концентрации лактозы и времени ферментации на синтез галактоолигосахаридов (ГОС) с использованием автолизата дрожжей Kluyveromyces marxianus и молочнокислых микроорганизмов Streptococcus thermophilus для определения оптимальных технологических параметров процесса. Каждый эксперимент включал 3 этапа. 1-ый этап – культивирование дрожжей – проводился в восстановленной до массовой доли сухих веществ 15% подсырной сыворотке в течение 13±1 ч при 30±2 град. C. 2-ой этап – автолиз клеток микроорганизмов для извлечения фермента – проходил при 52±2 град. C в течение 24 ч. Особенностью процесса было внесение 5% активизированной закваски Str. thermophilus перед началом автолиза дрожжей. 3-ий этап, целью которого был синтез ГОС, проводился в течение 24 ч при 52 град. C после добавления в автолизат молочного сахара до концентрации лактозы 20%, 25% и 30%. Содержание ГОС в ферментированной сыворотке определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе. Зависимость выхода ГОС от времени и концентрации лактозы носит нелинейный характер. Самая высокая концентрация ГОС была получена в 25%-ных растворах молочного сахара после ферментации в течение 12 ч. Первый период ферментации является нестабильным, разброс данных составляет 22–27% через 5 ч и 16–17% через 8 ч. В дальнейшем процесс становится более предсказуемым, через 10–12 ч и через 24 ч ферментации относительная погрешность измерения концентрации ГОС снижается до 5–10%. Оптимизация процесса позволила определить время ферментации (14,6 ч) и концентрацию лактозы (26,36%), при которых может быть получен максимальный выход ГОС (36–45%). Результаты исследований стали основой разработки запатентованного способа получения пищевой добавки для функционального питания с повышенным содержанием ГОС и низкой себестоимостью.