Lait 83 (2003) 453-467
DOI: 10.1051/lait:2003025

Oligosaccharide production and proteolysis during lactose hydrolysis using crude cellular extracts from lactic acid bacteria

Todor Vasiljevic and Paul Jelen

Department of Agricultural, Food and Nutritional Science, 206 Agricultural/Forestry Center, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
(Received 30 December 2002; accepted 12 June 2003)

Abstract
The extent of the lactose hydrolysis and oligosaccharide formation through transgalactosyl reactions by crude cellular extracts (CCE) containing intracellular -galactosidase from disrupted Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 11842, Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis DMF 3078 or Streptococcus thermophilus 143 was investigated in lactose-containing buffered solutions or skim milk. Lactose hydrolysis was performed with lactose concentration ranging from 5 to 30% (w/w) at 30, 40, 50 or 60 °C and terminated after 120 min. The proteolytic activities of the CCEs in skim milk systems were also assessed. All CCEs produced di-, tri- and tetrasaccharides in addition to monosaccharides as major products of the lactose hydrolysis in buffered lactose solutions. However, only Lb. lactis produced tetrasaccharides at detectable levels in skim milk preparations. The amount and the rate of oligosaccharide formation were significantly ( P < 0.05) affected by the origin of the enzyme, lactose concentration and temperature. The maximum oligosaccharide production by all CCEs was reached at 50 °C in 30% (w/w) lactose solution. St. thermophilus CCE produced significantly higher ( P < 0.05) amounts of oligosaccharides than the other two CCE preparations at all lactose concentrations studied. However, Lb. bulgaricus CCE showed better lactose-hydrolyzing ability and higher proteolytic activity than the other two CCEs. The lactose hydrolysis generally proceeded faster at 50-60 °C than at 30-40 °C as opposed to the proteolytic maxima reached at 40 °C.

Résumé
Production d'oligosaccharides et protéolyse lors de l'hydrolyse de lactose par extraits cellulaires bruts de bactéries lactiques. Le degré d'hydrolyse du lactose et la formation d'oligosaccharides par réaction de transgalactosylation sous l'action d'extraits cellulaires bruts (ECB) contenant de la -galactosidase obtenue par rupture de Lactobacillus delbruekii subsp. bulgaricus 11842, Lactobacillus delbruekii subsp. lactis DMF 3078 et Steptococcus thermophilus 143 ont été étudiés sur des solutions tamponnées de lactose ou sur le lait écrémé. L'hydrolyse du lactose a été effectuée sur des concentrations de 5 à 30 % (masse) à des températures de 30, 40, 50 et 60 °C pour une durée totale de 120 min. L'activité protéolytique des ECBs sur les systèmes à base de lait écrémé a également été évaluée. Tous les ECBs ont produit des di-, tri- et tetrasaccharides en plus des monosaccharides comme composants majeurs de l'hydrolyse du lactose contenu dans les solutions tamponnées. Toutefois, seul Lb. lactis a produit des tetrasaccharides à un niveau significatif avec le lait écrémé. La quantité et la vitesse de formation d'oligosaccharides ont été affectées de manière significative ( P < 0.05) par la provenance de l'enzyme, la concentration en lactose et la température. La production maximale d'oligosaccharides, pour tous les ECBs a été obtenue à 50 °C et une concentration en lactose de 30 % (masse). Les ECBs provenant de St. thermophilus ont produit de façon significative ( P < 0.05) plus d'oligosaccharides que les deux autres préparations, ceci pour toute concentration en lactose. Toutefois, Lb. bulgaricus ECB a montré une plus grande capacité d'hydrolyse et une activité protéolytique supérieure aux deux autres ECBs. L'hydrolyse du lactose s'effectue généralement plus rapidement à 50-60 °C qu'à 30-40 °C alors que l'activité protéolytique atteint son maximum à 40 °C.

Key words: Crude cellular extract / -galactosidase / thermophilic dairy culture / lactose hydrolysis / transferase reaction / proteolytic activity

Mots clés : Extrait cellulaire brut / -galactosidase / bactérie thermophile / hydrolyse du lactose / reaction de transférase / activité protéolytique

Correspondence and reprints: Paul Jelen paul.jelen@ualberta.ca

© INRA, EDP Sciences 2003