Ứng dụng chủ yếu của lactase là thủy phân lactose. Lactose có thể bị thủy phân bằng acid ở nhiệt độ cao 150oC hoặc bằng enzyme ở chế độ ôn hòa hơn không làm giảm pH của sản phẩm. Thủy phân bằng enzyme có ưu điểm: không có sản phẩm phụ, không làm thoái hóa các thành phần trong sản phẩm sữa, không tạo ra những hương vị,
màu, mùi không mong muốn. Hơn nữa, sữa xử lý bằng enzyme duy trì được giá trị dinh dưỡng, đặc biệt là khi glucose và galactose không bị loại bỏ.
1.6.1. Ứng dụng trong công nghiệp sữa và các sản phẩm từ sữa
22 Trong sữa và các sản phẩm từ sữa có chứa lượng lớn lactose. Sữa bò chứa 4,5 – 5% lactose, hơn một phần ba lượng chất khô trong sữa, xấp xỉ 20% trong kem và 72%
chất khô của whey. Lactose có chức năng sinh học quan trọng đó là thúc đẩy sự phát triển của các vi khuẩn đường ruột và cung cấp galactose, một thành phần dinh dưỡng cần thiết giúp hình thành các galacto-oligosaccharide và các galactolipid trong não.
Tuy nhiên, một số lượng lớn dân cư (khoảng 75%) không thể tiêu hóa lactose vì thiếu gen mã hóa enzyme này. Đối với người thiếu enzyme lactase, khi có một lượng lactose lớn trong ruột có thể gây ra các triệu chứng như: đầy hơi, đau bụng, chuột rút và tiêu chảy (tình trạng lâm sàng được gọi là không dung nạp lactose).
Những người không dung nạp được lactose thường được khuyến cáo tránh tiêu thụ sữa và sản phẩm sữa. Nhưng, những người này vẫn có thể tiêu hóa được sữa và các sản phẩm từ sữa nếu như trước đó thành phần lactose trong nguyên liệu đã được xử lý.
Đối với các sản phẩm sữa không lên men:
Trong kem, sữa đông lạnh, whey và sữa cô đặc hàm lượng lactose cao có thể dẫn đến việc hình thành những tinh thể lactose, kết quả hình thành trong sản phẩm những cấu trúc bột, cát hoặc sạn. Sử dụng lactase trong quá trình sản xuất những sản phẩm như vậy có thể giảm nồng độ lactose đến những giá trị thích hợp, và vì vậy cải thiện một số chất lượng kỹ thuật và cảm quan của sản phẩm như là tăng khả năng tiêu hóa, cấu trúc sản phẩm mềm hơn, mịn hơn… (Zadow 1993). Ngoài ra, việc sử dụng enzyme lactase trước khi đông tụ có thể giảm hàm lượng lactose đến một lúc không còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Đối với sản phẩm lên men từ sữa:
Gyuricsek và Thompson báo cáo rằng yogurt sản xuất từ sữa đã thủy phân lactose có thể gia tăng tốc độ sản sinh acid, nhờ vậy giảm thời gian lên men, và vị acid
bị khử đi nhờ glucose và galactose, nhờ vậy sản phẩm yogurt phù hợp với người tiêu dùng hơn. Ngoài ra,glucose và galactose còn giúp làm tăng vị ngọt đáng kể cho các sản phẩm (khoảng 50%). Do đó, có thể giảm số lượng chất ngọt bổ sung trong sữa chua, kết quả là giảm năng lượng trong sản phẩm.
23 Tương tự, trong sản xuất phô mai, Gyuricsek và Thompson cho thấy rằng chế biến phô mai từ sữa thủy phân lactose sẽ giảm thời gian lên men, khối đông ít bị vỡ và đảm bảo tính nguyên vẹn, khối đông đồng nhất và sử dụng nhiệt độ môi trường thấp hơn.
Thompson và Brower mở rộng ứng dụng sữa thủy phân lactose nhằm sản xuất phô mai Cheddar và nguyên liệu sữa khi đó làm biến đổi quá trình chế biến đáng kể.
Làm giảm thời gian tác động của rennet, dẫn đến acid sản sinh nhanh chống và thời gian đông tụ cũng như cheddaring được giảm đi. Cùng với thời gian đông tụ tương đương nhau, thì Cheddar từ sữa thủy phân lactose tốt hơn hẳn so với phô mai truyền thống về mùi vị, hình dạng, cấu trúc và thời gian đông tụ.
1.6.2. Ứng dụng trong công nghiệp tận dụng whey
Ngành công nghiệp sản xuất phô mai tạo ra sản phẩm phụ là dịch whey, khoảng 150 triệu tấn hàng năm trên toàn thế giới. Dịch whey có thành phần chính là lactose (44-52 g/l), protein (6-8g/l) và khoáng chất (4,3-9,5 g/l).
Một phần whey từ quá trình sản xuất phô mai được dùng để sản xuất whey protein concentrate (WPI) bằng phương pháp siêu lọc. Tuy nhiên, một lượng lớn whey (xấp xỉ 47%) lại bị loại bỏ vào môi trường và lên đất. Quá trình thủy phân sơ bộ lactose bằng lactase sẽ giúp gia tăng hiệu quả quá trình xử lý và có thể thu được các chế phẩm sinh học (lactate, acetate, ethanol, buthanediol...), các biopolymer và sinh khối. Một ứng dụng khác của nước whey là dùng để sản xuất syrup và các sản phẩm lên men bằng cách thủy phân lactose bằng enzyme.
Sản xuất syrup:
Độ ngọt của lactose thấp hơn so với sucrose, tuy nhiên, khi lactose bị thủy phân thì độ ngọt tăng đáng kể. Độ ngọt tương đối phụ thuộc vào nhiều nhân tố, chủ yếu là do nồng độ. Sản xuất syrup lactose từ whey là một hướng tận dụng whey có nhiều lợi
24 ích. Trong đó sản xuất ra syrup là một ứng dụng đầy tiềm năng vì đây là một nguyên liệu phù hợp trong công nghiệp sản xuất caramel, vì nó ổn định hơn, hạn chế hiện tượng lại đường như trường hợp dùng đường nghịch đảo.
Sản xuất các sản phẩm lên men:
Dịch whey được tận dụng trong sản xuất protein đơn bào và sản xuất cồn. Tuy nhiên, có một trở ngại khi tận dụng dịch whey là vì nguồn carbon chủ yếu trong dịch whey là lactose, mà chỉ có một vài giống vi sinh vật có khả năng sử dụng lactose. Một số loài nấm men đã được khảo sát dùng để sản xuất cồn từ whey. Kluyveromyces
fragilis được xác định là có khả năng lên men hiệu quả nhất, nhưng chỉ có 55% lactose
được chuyển thành cồn. Nguyên nhân, có thể là do nấm men không có khả năng chịu được nồng độ cồn cao vì lactase được sinh tổng hợp bởi nấm men khá nhạy cảm với
cồn. Trong trường hợp, đối với whey đã thủy phân lactose, những vi sinh vật có khả năng chịu được nồng độ cồn cao như Saccharomyces cerevisiae có thể được sử dụng
nhằm tăng hiệu suất chuyển hóa. Năm 2007, mô hình lên men ethanol bán liên tục trong môi trường dịch whey sử dụng đồng thời nấm men S.cerevisiae cố định và enzyme β-D-galactosidase được phát triển và cho thấy kết quả rất tốt.
Ứng dụng trong sản xuất Galacto-oligosaccharide (GOS):
GOS được hình thành đồng thời trong quá trình thủy phân lactose do hoạt tính chuyển galactosyl của lactase. Tổng lượng oligosaccharide thay đổi từ 1 – 45% trong tổng các saccharide hiện diện và phụ thuộc vào nguồn gốc của enzyme. Khả năng ứng
dụng lactases để sản xuất các oligosaccharide có chứa galactose đã được báo cáo vào đầu những năm 1950. Sau đó nghiên cứu được tập trung vào các phương pháp tối ưu hóa các điều kiện cho sản xuất. Gần đây, các tác động tích cực của oligosaccharide đối với sức khỏe con người đã được báo cáo. GOS thuộc nhóm prebiotic, có khả năng hỗ
trợ sự phát triển của các probiotic – hệ vi sinh đường ruột có lợi cho sức khỏe con người (Bifidobacteriumsp và Lactobacillus.sp.). Các oligosaccharide khác hỗ trợ các
hoạt động trao đổi chất của tất cả các vi khuẩn đường ruột còn GOS được chọn lọc cho vi khuẩn probiotic có tính acid.
25