Process optimization of lactose-free UHT skim milk to inactivate plasmin

UHT-maidon säilyvyyteen ja aistinvaraiseen laatuun vaikuttaa merkittävästi maidossa luontaisesti esiintyvä entsyymi plasmiini. Plasmiini pilkkoo maidon kaseiiniproteiineja, minkä seurauksena maidon pitkän säilytyksen aikana muodostuu kitkeränmakuisia peptidejä ja mahdollisesti maidon geeliytymistä. Maisterin tutkielman tavoitteena oli optimoida olemassa olevan prosessin esilämpökäsittelyn lämpötila-aika-yhdistelmää niin, että plasmiini saatiin inaktivoitua, maidon laatua parannettua sekä säilyvyyttä pidennettyä. Kokeellisessa osuudessa valmistettiin 14 erilaista UHT-maitonäytettä seitsemällä eri esilämpökäsittelyllä. Maitonäytteiden kaseiiniproteiinien proteolyysiä analysoitiin seuraavilla menetelmillä: SDS-PAGE ja RP-HPLC. SDS-PAGE -menetelmällä saatiin kvalitatiivista tietoa kaseiiniproteiinien hajoamisesta ja RP-HPLC -menetelmällä kvantitatiivista. Maitonäytteitä arvioi myös aistinvaraisesti kahdeksasta Arlan (Sipoo, Suomi) työntekijäistä koulutettu ryhmä. Maitonäytteiden kitkeryys oli tärkein arvioitava ominaisuus. Maitonäytteiden kaseiinien hajoamisessa oli merkitseviä eroja (2 ja 4 kk). Kaikissa näytteissä oli proteolyysiä 4 kuukauden säilytysajan jälkeen. Eniten proteolyysiä oli näytteissä 5, 7 ja 11 kun taas vähiten näytteissä 1, 2, 13 ja 14. Sama tulos saatiin SDS-PAGE ja RP-HPLC -menetelmillä. Aistinvaraisessa arvioinnissa näytteet erosivat merkitsevästi toisistaan kitkeryyden osalta. Selvästi eniten proteolyysiä oli näytteissä, jotka myös aistinvaraisessa arvioinnissa todettiin kitkerimmiksi. Laktoosin hydrolysointiajankohdan merkitys jäi epäselväksi tässä tutkimuksessa. Tutkielman tavoite saavutettiin, sillä optimaalisimmat olosuhteet esilämpökäsittelyyn löydettiin ja ne olivat: 1, 2, 13 ja 14. Tutkielman tulosten perusteella voitiin muokata prosessia optimaalisemmaksi plasmiinin inaktivoinnin osalta.

Plasmin is an enzyme which is an important factor affecting both flavor and shelf life of UHT milk. Plasmin hydrolyzes mainly β, αs1- and αs2-caseins into γ-caseins and proteose peptones. During storage, proteolysis by plasmin causes bitterness and gelation. The objective of present study was to investigate time-temperature combinations for preheat treatment of UHT milk to decrease plasmin activity thus improving the shelf life and quality of existing product. In experimental research, 14 different UHT milk samples were manufactured with 7 different preheat processes and two different types of milk: prehydrolyzed (A) and posthydrolyzed (B). Samples were analyzed for their extent of proteolysis by two different methods: SDS-PAGE and RP-HPLC. SDS-PAGE gave qualitative information on the casein degradation and RP-HPLC gave quantitative information. Also, sensory analyses were made by eight trained employees at Arla Ltd (Sipoo, Finland). There were significant differences in casein degradation of samples at 2 and 4 months. All samples had some proteolysis after 4 months of storage. The largest amount of casein degradation was found in samples 5, 7 and 11, whereas the least proteolysis found in samples 1, 2, 13 and 14. Same results came from both SDS-PAGE and RP-HPLC. The sensory evaluation showed differences between the samples regarding bitterness at 2 and 3 months. The samples which were evaluated most bitter in sensory analysis, showed also most proteolysis in other analyses (samples 5, 7 and 11). The rest of the samples were quite equal in all evaluated features. The impact of hydrolysis point of lactose was unclear in this study. The aim of this study was accomplished since optimal processing conditions were found: 1, 2, 13 and 14 and the optimization of the process was possible based on the results from this study.