Structure modification of sour milk products by transglutaminase

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology | Doctoral thesis (monograph) | Defence date: 2015-06-05
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2015
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
135
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 58/2015
Abstract
The dairy food sector traditionally utilizes enzymes such as rennet. To date, novel crosslinking enzymes, including transglutaminase (TG; EC 2.3.2.13), have not been widely applied in the dairy industry. Microbial TG is a transferase which forms both inter- and intramolecular isopeptide bonds between glutamine and lysine amino acids. It forms bonds between similar proteins and caseins that are good substrates for TG. The first investigation of TG in yogurt was published approximately 14 years ago. TG has been mostly studied in set yogurts and stirred yogurts. A few studies of TG in kefir have been published, but studies of fermented milk and viili are lacking. In traditional manufacturing methods for sour milk products, a high protein content is needed to obtain a viscous and firm structure. This incurs additional costs. In this work, the economical manufacturing methods utilized for sour milk products were developed with the aid of TG.    In yogurt production, the protein content was decreased by 12%. High-pressure homogenization at 400 bar significantly improved yogurt viscosity, which was 57% more viscous than traditionally homogenized (230 bar) and TG-treated yogurt. In fermented milk production, the protein content was decreased by 9%. The formation of flakes was avoided with a preincubation step. In viili production, the protein content was decreased by 25%. The lower protein level in yogurt, fermented milk and viili production could be achieved without any loss of viscosity or firmness and sensory properties.  Commercial TG products are powders which are difficult to dose at factory scale because of the high pressure in the tanks, which creates dust. This dust might result in allergies in employees. This thesis describes a method to produce a novel liquid form of TG, which maintains its activity and microbial quality. This liquid TG was compared to powdered TG in the production of yogurt. Liquid TG was extremely stable at -20 °C for 6.5 months. The powdered TG and liquid TG were equally efficient in the production of yogurt. The viscosity of both yogurts was approximately 70 mPas. The present study demonstrates that high-quality sour milk products can be manufactured with liquid TG and high pressure homogenization.  

Meijeriteollisuus perinteisesti hyödyntää entsyymejä kuten juoksetetta. Nykyään uusia ristisilloittavia entsyymejä, sisältäen transglutaminaasin (TG; EC 2.3.2.13), ei ole laajasti käytetty meijeriteollisuudessa. Mikrobi TG on transferaasi, joka muodostaa sekä molekyylin välisiä että sisäisiä isopeptidisidoksia glutamiini ja lysiini aminohappojen välille. Se muodostaa sidoksia samanlaisten proteiinien välille ja kaseiinit ovat hyviä substraatteja TG:lle. Ensimmäinen tutkimus TG:stä jogurtissa julkaistiin noin 14 vuotta sitten. TG:tä on pääasiassa tutkittu set-jogurtissa ja sekoitetuissa jogurteissa. Muutamia tutkimuksia TG:stä kefiirissä on julkaistu, mutta TG tutkimukset piimässä ja viilissä puuttuvat. Perinteisissä hapanmaitotuotteiden valmistusmenetelmissä tarvitaan korkea proteiinipitoisuus viskoosin ja kiinteän rakenteen aikaansaamiseksi. Tämä aiheuttaa lisäkuluja. Tässä työssä TG:n avulla kehitettiin taloudellisia hapanmaitotuotteiden valmistusmenetelmiä.  Jogurtin valmistamisessa proteiinipitoisuutta pystyttiin laskemaan 12%. Korkeapainehomogenointi 400 bar paineessa merkittävästi paransi jogurtin viskositeettiä, joka oli 57% viskoosimpaa kuin perinteisesti homogenoitu (230 bar) ja TG käsitelty jogurtti. Piimän valmistuksessa proteiinipitoisuus pystyttiin laskemaan 9%. Hiutaleiden muodostuminen onnistuttiin välttämään esi-inkubointi vaiheella. Viilin valmistamisessa proteiinipitoisuus pystyttiin laskemaan 25%. Alempi proteiinitaso jogurtissa, piimässä ja viilissä saavutettiin ilman, että tuotteen viskositeetissä tai kiinteydessä ja aistinvaraisissa ominaisuuksissa olisi havaittu heikkenemistä.   Kaupalliset TG tuotteet ovat jauheita, joita on hankala annostella tehdasmittakaavassa, koska tankeissa on usein ylipainetta, joka aiheuttaa pölyämistä. Tämä pölyäminen saattaa aiheuttaa allergiaa työntekijöille. Tässä väitöskirjassa kuvataan menetelmä uuden nestemäisen TG:n valmistamiseksi, joka säilyttää aktiivisuutensa ja mikrobiologisen laadun. Nestemäistä TG:tä verrattiin jauhemaiseen TG:seen jogurtin valmistamisessa. Nestemäinen TG oli erittäin stabiili -20 °C:ssa 6.5 kuukautta. Jauhemainen TG ja nestemäinen TG olivat yhtä tehokkaita jogurtin valmistamisessa. Molempien jogurttien viskositeetti oli noin 70 mPas. Tutkimus osoittaa, että korkealuokkaisia hapanmaitotuotteita voidaan valmistaa nestemäisen TG:n ja korkeapainehomogenoinnin avulla. 
Description
Supervising professor
Ojamo, Heikki, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, Finland
Thesis advisor
Myllärinen, Päivi, Dr., Valio Oy, Finland
Keywords
transglutaminase, structure, sour milk products, yogurt, fermented milk, viili, transglutaminaasi, rakenne, hapatetut maitotuotteet, jogurtti, piimä, viili
Other note
Citation