Artificial intelligence applied to enzymatic hydrolysis of lactose: improving the control of industrial processes / Inteligência artificial aplicada a hidrólise enzimática da lactose: melhorando o controle dos processos industriais

Lactose is the main carbohydrate in milk, and its absorption occurs via enzymatic hydrolysis, generating glucose and galactose. Lactose intolerance is the reduction of intestinal hydrolysis capacity due to hypolactasia, which results in the need to consume dairy foods with low levels of this carbohydrate. ß-galactosidase enzymes are used in dairy industries to hydrolyze lactose, thereby allowing intolerant consumers access to dairy products without the negative health implications. Alternative and official analytical methods are used to quantify the carbohydrate content resulting from enzymatic hydrolysis. The objective of this study was to evaluate the enzymatic hydrolysis of two distinct industrial enzymes produced by the microorganisms Bacillus licheniformis and Kluyveromyces lactis using three analytical methods: enzymatic method, cryoscopy, and high performance liquid chromatography (HPLC) using artificial intelligence to improve the control of the industrial processes. After adding the enzymes to skim milk, time kinetics was performed by collecting samples at time 0, every 10 min for 1 h, and every 30 min until the end of 5 h of hydrolysis. In 97% of the cases, a decrease in lactose concentration was observed by HPLC, followed by the deepening of the cryoscopic point. Glucose measurements by absorbance and HPLC quantification were correlated (r = 0.79; p < 0.01) but not concordant (p < 0.01). It was concluded that by means of artificial intelligence, it was possible to indirectly estimate lactose concentration using an algorithm that associates cryoscopy and glucose concentration.(AU)

O principal carboidrato do leite é a lactose e a sua absorção ocorre devido à hidrólise enzimática, gerando glicose e galactose. A intolerância à lactose é a redução da capacidade de hidrólise intestinal devido à hipolactasia, gerando a necessidade do consumo de alimentos lácteos com baixo teor deste carboidrato. As enzimas ß-galactosidase são utilizadas nas indústrias de laticínios para hidrolisar a lactose, proporcionando ao consumidor intolerante a possibilidade de ingerir os produtos lácteos sem prejuízos à saúde. Para quantificar o conteúdo de carboidratos resultante da hidrólise enzimática, são utilizados métodos analíticos alternativos e oficiais. O objetivo deste estudo foi avaliar a hidrólise enzimática de duas enzimas industriais distintas produzidas pelos microrganismos Bacillus licheniformis e Kluyveromyces lactis, por meio de três métodos analíticos: método enzimático, crioscopia e HPLC. A inteligência artificial foi utilizada para melhorar o controle dos processos industriais. Após a adição das enzimas ao leite desnatado, foi realizada a cinética de tempo coletando as amostras no tempo 0, a cada 10 minutos, até completar 1 hora de reação, e a cada 30 minutos até serem atingidas 5 horas de reação de hidrólise. Em 97% dos casos, a diminuição da concentração de lactose por HPLC acompanhou o aprofundamento do ponto crioscópico. As medições de glicose por absorbância e HPLC foram correlacionadas (r = 0,79; p < 0,01), mas não concordantes (p < 0,01). Concluiu-se que, por meio da inteligência artificial, é possível estimar indiretamente a concentração de lactose a partir de um algoritmo que associa a crioscopia e a concentração de glicose.(AU)

Determination of freezing point standard for UHT milk / Determinação do parâmetro de crioscopia para leite UHT

The extended shelf life and undemanding storage requirements of UHT (ultra high temperature) milk make it the most consumed fluid milk in Brazil. The thermal treatment to which UHT milk is subjected alters casein micellar structure, leading to protein sedimentation and age gelation. Therefore, the current legislation allows the addition of up to 0.1% stabilizing salts (sodium citrate and/or sodium phosphates) in milk. The adding of stabilizing salts hinders the possibility of inclusion of freezing point and density as quality parameters of UHT milk. Evaluation of freezing point is the main test to detect adulteration of milk with water; however, addition of stabilizers alters its results. This study aimed to measure the alterations in freezing point and density caused by stabilizers in samples of pasteurized milk added with sodium citrate or sodium phosphates, in order to propose standards for freezing point and density for UHT milk. For this purpose, 16 aliquots of milk were prepared in nine repetitions with different concentrations (0%, 0.001%, 0.01%, 0.05%, 0.075%, 0.1%, 0.125%, and 0.15%) of sodium citrate or a commercial mix of sodium mono-, di- and triphosphate. The density and freezing point of all aliquots were tested. As expected, addition of stabilizers lowered the freezing point of milk. Addition of 0.1% citrate and commercial mix promoted an average reduction of –0.021°H (± 0.001) and –0.017°H (± 0.002) in freezing point, respectively. However, no significant change in the density of milk was observed. Given that UHT milk industry usually adds the maximum limit of 0.1% of stabilizers in order to obtain proper effect, the interval from –0.572°H to –0.545°H can be suggested as the standard for freezing point to UHT milk. However, as the addition of stabilizers caused no significant change in the density of UHT milk, the density parameter of raw and pasteurized milk in the range from 1.028 g.mL-1 to 1.034 g.mL-1 could be applied to UHT milk.(AU)

Por apresentar prolongada vida útil e facilidade de estocagem, o leite Ultra Alta Temperatura (UAT) é o leite fluido mais consumido no Brasil. O processamento térmico ao qual o leite UHT é submetido provoca alterações na estrutura micelar da caseína favorecendo a precipitação proteica e a gelatinização; por isso, a legislação vigente autoriza a adição de estabilizantes (citrato e/ou fosfatos de sódio) na quantidade de até 0,1%. A adição de estabilizantes ao leite UHT é a razão pela qual não se inclui o índice crioscópico e a densidade como parâmetros de qualidade para o leite UHT. A avaliação do índice crioscópico é a prova de eleição para detecção de fraudes por adição de água ao leite, no entanto a adição de estabilizantes interfere nos seus resultados. O presente estudo teve como objetivo aferir as alterações promovidas por estabilizantes no ponto de congelamento e densidade em amostras de leite pasteurizado adicionado de citrato de sódio ou fosfatos de sódio, para sugerir padrões de crioscopia e densidade para o leite UHT. Para avaliar as alterações provocadas pela adição dos estabilizantes no leite, 16 alíquotas de leite foram preparadas em nove repetições, com diferentes concentrações (0%, 0,001%, 0,01%, 0,05%, 0,075%, 0,1%, 0,125% e 0,15%) de citrato de sódio chamado de substância 1 e da substância 2: um mix comercial de mono, di e tri fosfato de sódio. As alíquotas foram submetidas à prova da densidade e crioscopia. Como esperado a adição de estabilizantes reduziu o ponto de congelamento do leite. A concentração de 0,1% de citrato e do mix comercial provocou uma redução média da crioscopia do leite de –0,021°H (±0,001) e –0,017°H (±0,002), respectivamente. Em relação à densidade, a adição dos estabilizantes não provocou alterações significativas.[...](AU)

Evolução da qualidade microbiológica e físico-química do leite pasteurizado / Evolution of microbiological and physico-chemical quality of pasteurized milk

A qualidade do leite é definida, entre outros parâmetros, por um reduzido número de micro-organismos deteriorantes, baixa contagem de células somáticas e ausência de patógenos e resíduos químicos. Diversos trabalhos realizados em diferentes regiões do país têm enfatizado o elevado percentual de amostras fora dos padrões. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a evolução da qualidade microbiológica e físico química do leite pasteurizado produzido no Estado do Paraná ao longo de 7 anos. Foram analisadas 457 amostras de leite Pasteurizado, sendo 104 amostras no ano de 2008, 269 amostras em 2011 e 84 amostras em 2014. As amostras foram submetidas às análises físico-químicas de crioscopia e pesquisa de enzimas fosfatase alcalina e peroxidase. Quanto às análises microbiológicas, foram realizadas contagens de coliformes a 30°C, coliformes 45°C e contagem padrão em placas. No laboratório, as análises físico químicas foram realizadas de acordo com a Instrução Normativa 68 e microbiológicas conforme a Instrução Normativa 62, ambas do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento. Os resultados demonstraram que com o passar dos anos a qualidade microbiológica do leite diminuiu, havendo um aumento de amostras fora do padrão. Quanto às enzimas fosfatase alcalina e peroxidase, a temperatura de pasteurização foi respeitada ao longo do tempo e o superaquecimento do leite foi mais frequente em 2011.As fraudes por adição de água diminuíram ou então ficaram mais sofisticadas, dificultando sua detecção.

Milk quality is defined, among other parameters, by a reduced number of spoilage microorganisms, low somatic cell count and the absence of pathogens and chemical waste. Several studies conducted in different regions of the country have emphasized the high percentage of samples not complying with the standard. The purpose of this study was to evaluate the evolution of microbiological and physicochemical qualityof pasteurized milk produced in the State of Paraná over 7 years. A total of 457 samples of pasteurized milk were analyzed, 104 samples in 2008, 269 samples in 2011 and 84 samples in 2014. The samples were subjected to physico chemical analysis of cryoscopy and enzyme search for alkaline phosphatase and peroxidase. Regarding microbiological tests, coliform counts were performed at 30°C and 45°C and countplate pattern. In the laboratory, physico chemical analysis were performed according to the Normative 68 and microbiological as normative instruction 62, both of the Brazilian Ministry of Agriculture, Livestock and Food Supply. The results showed that over the years the microbiological quality of milk decreased, with an increase of non-standard samples. For enzymes alkaline phosphatase, peroxidase, the pasteurization temperature has been observed over time and the overheating of the milk was more frequentin 2011. Fraud by addition of water in milk has either decreased or become more sophisticated, makingits detection difficult.

Determination of freezing point standard for UHT milk / Determinação do parâmetro de crioscopia para leite UHT

The extended shelf life and undemanding storage requirements of UHT (ultra high temperature) milk make it the most consumed fluid milk in Brazil. The thermal treatment to which UHT milk is subjected alters casein micellar structure, leading to protein sedimentation and age gelation. Therefore, the current legislation allows the addition of up to 0.1% stabilizing salts (sodium citrate and/or sodium phosphates) in milk. The adding of stabilizing salts hinders the possibility of inclusion of freezing point and density as quality parameters of UHT milk. Evaluation of freezing point is the main test to detect adulteration of milk with water; however, addition of stabilizers alters its results. This study aimed to measure the alterations in freezing point and density caused by stabilizers in samples of pasteurized milk added with sodium citrate or sodium phosphates, in order to propose standards for freezing point and density for UHT milk. For this purpose, 16 aliquots of milk were prepared in nine repetitions with different concentrations (0%, 0.001%, 0.01%, 0.05%, 0.075%, 0.1%, 0.125%, and 0.15%) of sodium citrate or a commercial mix of sodium mono-, di- and triphosphate. The density and freezing point of all aliquots were tested. As expected, addition of stabilizers lowered the freezing point of milk. Addition of 0.1% citrate and commercial mix promoted an average reduction of –0.021°H (± 0.001) and –0.017°H (± 0.002) in freezing point, respectively. However, no significant change in the density of milk was observed. Given that UHT milk industry usually adds the maximum limit of 0.1% of stabilizers in order to obtain proper effect, the interval from –0.572°H to –0.545°H can be suggested as the standard for freezing point to UHT milk. However, as the addition of stabilizers caused no significant change in the density of UHT milk, the density parameter of raw and pasteurized milk in the range from 1.028 g.mL-1 to 1.034 g.mL-1 could be applied to UHT milk.

Por apresentar prolongada vida útil e facilidade de estocagem, o leite Ultra Alta Temperatura (UAT) é o leite fluido mais consumido no Brasil. O processamento térmico ao qual o leite UHT é submetido provoca alterações na estrutura micelar da caseína favorecendo a precipitação proteica e a gelatinização; por isso, a legislação vigente autoriza a adição de estabilizantes (citrato e/ou fosfatos de sódio) na quantidade de até 0,1%. A adição de estabilizantes ao leite UHT é a razão pela qual não se inclui o índice crioscópico e a densidade como parâmetros de qualidade para o leite UHT. A avaliação do índice crioscópico é a prova de eleição para detecção de fraudes por adição de água ao leite, no entanto a adição de estabilizantes interfere nos seus resultados. O presente estudo teve como objetivo aferir as alterações promovidas por estabilizantes no ponto de congelamento e densidade em amostras de leite pasteurizado adicionado de citrato de sódio ou fosfatos de sódio, para sugerir padrões de crioscopia e densidade para o leite UHT. Para avaliar as alterações provocadas pela adição dos estabilizantes no leite, 16 alíquotas de leite foram preparadas em nove repetições, com diferentes concentrações (0%, 0,001%, 0,01%, 0,05%, 0,075%, 0,1%, 0,125% e 0,15%) de citrato de sódio chamado de substância 1 e da substância 2: um mix comercial de mono, di e tri fosfato de sódio. As alíquotas foram submetidas à prova da densidade e crioscopia. Como esperado a adição de estabilizantes reduziu o ponto de congelamento do leite. A concentração de 0,1% de citrato e do mix comercial provocou uma redução média da crioscopia do leite de –0,021°H (±0,001) e –0,017°H (±0,002), respectivamente. Em relação à densidade, a adição dos estabilizantes não provocou alterações significativas.[...]

Evaluation of the milk physicochemical and microbiological patterns in different lactation phases in year seasons in milk farms of Paraná State Brazil / Avaliação de padrões físico-químicos e microbiológicos do leite em diferentes fases de lactação nas estações do ano em granjas leiteiras no Estado do Paraná Brasil

The objective of this study was to evaluate the physicochemical and microbiological parameters of milk in different lactation phases during a year in two Dairy farms producing type A milk (Brazilian Standards) and classified as Farm 1 (G1) and Farm 2 (G2). The 320 raw milk samples were collected to analyze acidity Dornic, California Mastit Test (CMT), Somatic Cells Counting (SCC) and Cryoscopy (0H) during four seasons, in the period of January 00 to January 005. To data statistical analyses a General linear model (GLM) was used. The CMT, the SCC, acidity Dornic and Cryoscopy (0H) results were not significant (P>0.05), during the year seasons, between the farms and in the different lactation phases. The SCC (9 5.000 cells/mL) average results are in disagreement with the legislation. To the Dornic acidity and Cryoscopy (0H), the values had not exceeded the limit demanded by IN5 . The results of mesophilic aerobic organisms counting during autumn (G ) and during spring (G ) had revealed a disagreement with IN5 . High levels of coliforms (TC) and Escherichia coli (EC) were observed in G in all seasons when compared with G . It was demonstrated that the physical-chemistry and microbiological quality are important to handling practical during milks.

O objetivo deste estudo foi avaliar os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do leite em diferentes fases de lactação, durante as estações do ano em duas granjas leiteiras produtoras de leite tipo A (Granja (G ) e Granja (G )), no período de janeiro de 00 a janeiro de 005. Foram colhidas e analisadas 0 amostras de leite cru para análise da acidez Dornic, California Mastitis Test (CMT), Contagem de Células Somáticas (CCS) e crioscopia. Para as análises estatísticas dos dados, foram empregados os Modelos Lineares Generalizados (GLM). Constatou-se que os resultados das análises estatísticas não foram significativos (P>0,05), durante as estações do ano, nas diferentes fases de lactação, entre as granjas avaliadas. Os resultados médios para CCS (9 5.000 CCS/mL), estão em desacordo com a legislação vigente. Com relação à acidez Dornic e Crioscopia, os valores não excederam o limite exigido pela IN51. Os resultados das contagens médias de aeróbios mesófilos no outono na G2 e na primavera na G mostraram-se em desacordo com a IN5 . No caso dos Coliformes totais e Escherichia coli , observou-se que os resultados médios foram maiores na G , em todas as estações do ano. Evidenciou-se que as qualidades físico-químicas e microbiológicas estão principalmente ligadas às práticas de manejo durante a ordenha.

Evaluation of the milk physicochemical and microbiological patterns in different lactation phases in year seasons in milk farms of Paraná State Brazil / Avaliação de padrões físico-químicos e microbiológicos do leite em diferentes fases de lactação nas estações do ano em granjas leiteiras no Estado do Paraná Brasil

The objective of this study was to evaluate the physicochemical and microbiological parameters of milk in different lactation phases during a year in two Dairy farms producing type A milk (Brazilian Standards) and classified as Farm 1 (G1) and Farm 2 (G2). The 320 raw milk samples were collected to analyze acidity Dornic, California Mastit Test (CMT), Somatic Cells Counting (SCC) and Cryoscopy (0H) during four seasons, in the period of January 00 to January 005. To data statistical analyses a General linear model (GLM) was used. The CMT, the SCC, acidity Dornic and Cryoscopy (0H) results were not significant (P>0.05), during the year seasons, between the farms and in the different lactation phases. The SCC (9 5.000 cells/mL) average results are in disagreement with the legislation. To the Dornic acidity and Cryoscopy (0H), the values had not exceeded the limit demanded by IN5 . The results of mesophilic aerobic organisms counting during autumn (G ) and during spring (G ) had revealed a disagreement with IN5 . High levels of coliforms (TC) and Escherichia coli (EC) were observed in G in all seasons when compared with G . It was demonstrated that the physical-chemistry and microbiological quality are important to handling practical during milks.

O objetivo deste estudo foi avaliar os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do leite em diferentes fases de lactação, durante as estações do ano em duas granjas leiteiras produtoras de leite tipo A (Granja (G ) e Granja (G )), no período de janeiro de 00 a janeiro de 005. Foram colhidas e analisadas 0 amostras de leite cru para análise da acidez Dornic, California Mastitis Test (CMT), Contagem de Células Somáticas (CCS) e crioscopia. Para as análises estatísticas dos dados, foram empregados os Modelos Lineares Generalizados (GLM). Constatou-se que os resultados das análises estatísticas não foram significativos (P>0,05), durante as estações do ano, nas diferentes fases de lactação, entre as granjas avaliadas. Os resultados médios para CCS (9 5.000 CCS/mL), estão em desacordo com a legislação vigente. Com relação à acidez Dornic e Crioscopia, os valores não excederam o limite exigido pela IN51. Os resultados das contagens médias de aeróbios mesófilos no outono na G2 e na primavera na G mostraram-se em desacordo com a IN5 . No caso dos Coliformes totais e Escherichia coli , observou-se que os resultados médios foram maiores na G , em todas as estações do ano. Evidenciou-se que as qualidades físico-químicas e microbiológicas estão principalmente ligadas às práticas de manejo durante a ordenha.