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)

Potencial deteriorante da microbiota mesófila, psicrotrófica, termodúrica e esporulada do leite cru / Deteriorating potential of the mesophilic microbiota, psychrotrophic, termoduric and spore raw milk

Considerando os diversos problemas tecnológicos e econômicos que os microrganismos deteriorantes acarretam aos laticínios, o objetivo deste trabalho foi quantificar aeróbios mesófilos, psicrotróficos, termodúricos e esporulados no leite cru produzido na região Norte do Paraná e verificar a capacidade proteolítica e lipolítica desses microrganismos. Foram analisadas 20 amostras de leite cru e determinadas contagens de aeróbios mesófilos, psicrotróficos, termodúricos mesófilos, termodúricos psicrotróficos e esporos aeróbios e o perfil proteolítico e lipolítico de cada grupo. A contagem média de aeróbios mesófilos foi de 1,7x106UFC/mL acima do limite estabelecido pela Instrução Normativa 76 (3,0x105UFC/mL); 55% das amostras apresentaram contagens dentro dos padrões. As contagens de psicrotróficos variaram de 1,0x102 a 9,9x106UFC/mL e em 30% das amostras esse valor foi superior ao de mesófilos. A média de termodúricos mesófilos foi de 2,4x104UFC/mL, de termodúricos psicrotróficos 1,7x102UFC/mL e de esporos aeróbios foi de 5,0x101UFC/mL. Quanto ao perfil deteriorante, todos os grupos apresentaram atividade lipolítica e proteolítica elevadas, com predomínio de bactérias lipolíticas. Os valores encontrados indicam que o manejo higiênico-sanitário inadequado durante a ordenha e o resfriamento prolongado favorece a proliferação da microbiota deteriorante, que pode promover alterações significativas na qualidade e no rendimento do leite e seus derivados, mesmo após tratamento térmico.

Considering that technological problems and economic losses are basically caused by spoilage microorganisms on dairy industry, therefore the aim of this study was to quantify the mesophilic aerobic, psychrotrophic, thermoduric and aerobic spore-forming in raw milk produced in northern Paraná and also verify the proteolytic and lipolytic capacity of these microorganisms. Twenty samples of raw milk were analyzed and were determined mesophilic aerobic, psychrotrophic, thermoduric mesophilic, psychrotrophic thermoduric and aerobicspore-forming counts and proteolytic and lipolytic capacity from each group. The average counts of aerobic mesophilic were 1,79x106CFU/mL, above the limit established to Normative Instruction 76 (3,0x105CFU/mL); 55% samples had scores within the standards. Psychrotrophic counts ranged from 1,0x102 to 9,9x106CFU/mL and in 30% samples this count was higher than mesophilic. The average mesophilic thermoduric was 2,4x104CFU/mL, psychrotrophic thermoduric was 1,7x102CFU/mL and aerobic spore-forming was 5,0x101CFU/mL. As for the spoilage profile, all groups showed higher lipase and proteolytic activity, with a predominance of lipolytic bacteria. The values found indicates the inappropriate hygienic-sanitary management during milking and maintaining molk refrigerated for long periods until pasteurize, it can favorsthe proliferation of spoilage microbiota, which can promote significant changes in the quality and yield of milk and dairy products, even after the heat treatment.

Potencial deteriorante da microbiota mesófila, psicrotrófica, termodúrica e esporulada do leite cru / Deteriorating potential of the mesophilic microbiota, psychrotrophic, termoduric and spore raw milk

Considerando os diversos problemas tecnológicos e econômicos que os microrganismos deteriorantes acarretam aos laticínios, o objetivo deste trabalho foi quantificar aeróbios mesófilos, psicrotróficos, termodúricos e esporulados no leite cru produzido na região Norte do Paraná e verificar a capacidade proteolítica e lipolítica desses microrganismos. Foram analisadas 20 amostras de leite cru e determinadas contagens de aeróbios mesófilos, psicrotróficos, termodúricos mesófilos, termodúricos psicrotróficos e esporos aeróbios e o perfil proteolítico e lipolítico de cada grupo. A contagem média de aeróbios mesófilos foi de 1,7x106UFC/mL acima do limite estabelecido pela Instrução Normativa 76 (3,0x105UFC/mL); 55% das amostras apresentaram contagens dentro dos padrões. As contagens de psicrotróficos variaram de 1,0x102 a 9,9x106UFC/mL e em 30% das amostras esse valor foi superior ao de mesófilos. A média de termodúricos mesófilos foi de 2,4x104UFC/mL, de termodúricos psicrotróficos 1,7x102UFC/mL e de esporos aeróbios foi de 5,0x101UFC/mL. Quanto ao perfil deteriorante, todos os grupos apresentaram atividade lipolítica e proteolítica elevadas, com predomínio de bactérias lipolíticas. Os valores encontrados indicam que o manejo higiênico-sanitário inadequado durante a ordenha e o resfriamento prolongado favorece a proliferação da microbiota deteriorante, que pode promover alterações significativas na qualidade e no rendimento do leite e seus derivados, mesmo após tratamento térmico.(AU)

Considering that technological problems and economic losses are basically caused by spoilage microorganisms on dairy industry, therefore the aim of this study was to quantify the mesophilic aerobic, psychrotrophic, thermoduric and aerobic spore-forming in raw milk produced in northern Paraná and also verify the proteolytic and lipolytic capacity of these microorganisms. Twenty samples of raw milk were analyzed and were determined mesophilic aerobic, psychrotrophic, thermoduric mesophilic, psychrotrophic thermoduric and aerobicspore-forming counts and proteolytic and lipolytic capacity from each group. The average counts of aerobic mesophilic were 1,79x106CFU/mL, above the limit established to Normative Instruction 76 (3,0x105CFU/mL); 55% samples had scores within the standards. Psychrotrophic counts ranged from 1,0x102 to 9,9x106CFU/mL and in 30% samples this count was higher than mesophilic. The average mesophilic thermoduric was 2,4x104CFU/mL, psychrotrophic thermoduric was 1,7x102CFU/mL and aerobic spore-forming was 5,0x101CFU/mL. As for the spoilage profile, all groups showed higher lipase and proteolytic activity, with a predominance of lipolytic bacteria. The values found indicates the inappropriate hygienic-sanitary management during milking and maintaining molk refrigerated for long periods until pasteurize, it can favorsthe proliferation of spoilage microbiota, which can promote significant changes in the quality and yield of milk and dairy products, even after the heat treatment.(AU)

Quality of goat"s milk produced on farms in the Paraná State - Brazil / Qualidade do leite de cabra produzido em fazendas do Paraná - Brasil

The consumption of goats milk has increased significantly in Brazil. In 2014, its production was 153 thousand tons, and the Paraná state is responsible for the production of 380 thousand liters. Although the government regulates goat milk, this raw material is not widely studied in Brazil. The objective of this work was to study its microbiological and physicochemical characteristics. A total of 32 samples from 8 Paraná State farms were analyzed. The microbial indicators of hygiene, psychrotrophic bacteria, L. monocytogenes and Salmonella spp. were evaluated. We used physicochemical tests of goats milk that were established by the Brazilian legislation. In addition, phosphatase activity, pH, conductivity, boiling test, and urea content were measured. The average concentrations of mesophilic aerobes, coliforms, E. coli, coagulase positive Staphylococcus and psychrotrophic microorganisms were 4.10, 2.38, 0.65, 2.06 and 4.02 log CFU mL-1, respectively. The samples did not present L. monocytogenes and Salmonella spp. In the physicochemical analysis, 90.63% of the samples presented at least one parameter outside the legal standards. In the somatic cell count, 73.33% of the samples had counts higher than 1 x 106 cells mL-1. Raw goats milk produced in Paraná has high coliform and psychrotrophic counts, indicating poor hygiene during milking. The fluctuating values of the physicochemical data indicate that additional studies are required to determine the parameters that reflect the Brazilian conditions of goat milk production.(AU)

O consumo de leite de cabra tem aumentado significativamente no Brasil. Em 2014, sua produção foi de 153 mil toneladas, e o estado do Paraná foi responsável pela produção de 380 mil litros. Embora o governo regulamenta o leite de cabra, essa matéria-prima não é amplamente estudada no Brasil. O objetivo deste trabalho foi estudar suas características microbiológicas e físico-químicas. Foram analisadas 32 amostras de 8 fazendas do estado do Paraná. Os indicadores microbianos de higiene, bactérias psicrotróficas, L. monocytogenes e Salmonella spp. foram avaliados. Foram realizados testes físico-químicos estabelecidos pela legislação brasileira para leite de cabra. Além disso, realizou-se o teste de ebulição e o teor de ureia. As concentrações médias de aeróbios mesofílicos, coliformes, E. coli, Staphylococcus coagulase positivo e microrganismos psicrotróficos foram de 4.10, 2.38, 0.65, 2.06 e 4.02 log UFC mL-1, respectivamente. As amostras não apresentaram L. monocytogenes e Salmonella spp. Na análise físico-química, 90.63% das amostras apresentaram pelo menos um parâmetro fora dos padrões legais. Na contagem de células somáticas, 73.33% das amostras tiveram contagens superiores a 1 x 106 células mL-1. O leite de cabra cru produzido no Paraná tem altas contagens de coliformes e psicrotróficos, indicando uma má higiene durante a ordenha. Os valores flutuantes dos dados físico-químicos indicam que são necessários estudos adicionais para determinar os parâmetros que refletem as condições brasileiras de produção de leite caprino.(AU)

Quality of goat"s milk produced on farms in the Paraná State - Brazil / Qualidade do leite de cabra produzido em fazendas do Paraná - Brasil

The consumption of goat’s milk has increased significantly in Brazil. In 2014, its production was 153 thousand tons, and the Paraná state is responsible for the production of 380 thousand liters. Although the government regulates goat milk, this raw material is not widely studied in Brazil. The objective of this work was to study its microbiological and physicochemical characteristics. A total of 32 samples from 8 Paraná State farms were analyzed. The microbial indicators of hygiene, psychrotrophic bacteria, L. monocytogenes and Salmonella spp. were evaluated. We used physicochemical tests of goat’s milk that were established by the Brazilian legislation. In addition, phosphatase activity, pH, conductivity, boiling test, and urea content were measured. The average concentrations of mesophilic aerobes, coliforms, E. coli, coagulase positive Staphylococcus and psychrotrophic microorganisms were 4.10, 2.38, 0.65, 2.06 and 4.02 log CFU mL-1, respectively. The samples did not present L. monocytogenes and Salmonella spp. In the physicochemical analysis, 90.63% of the samples presented at least one parameter outside the legal standards. In the somatic cell count, 73.33% of the samples had counts higher than 1 x 106 cells mL-1. Raw goat’s milk produced in Paraná has high coliform and psychrotrophic counts, indicating poor hygiene during milking. The fluctuating values of the physicochemical data indicate that additional studies are required to determine the parameters that reflect the Brazilian conditions of goat milk production.

O consumo de leite de cabra tem aumentado significativamente no Brasil. Em 2014, sua produção foi de 153 mil toneladas, e o estado do Paraná foi responsável pela produção de 380 mil litros. Embora o governo regulamenta o leite de cabra, essa matéria-prima não é amplamente estudada no Brasil. O objetivo deste trabalho foi estudar suas características microbiológicas e físico-químicas. Foram analisadas 32 amostras de 8 fazendas do estado do Paraná. Os indicadores microbianos de higiene, bactérias psicrotróficas, L. monocytogenes e Salmonella spp. foram avaliados. Foram realizados testes físico-químicos estabelecidos pela legislação brasileira para leite de cabra. Além disso, realizou-se o teste de ebulição e o teor de ureia. As concentrações médias de aeróbios mesofílicos, coliformes, E. coli, Staphylococcus coagulase positivo e microrganismos psicrotróficos foram de 4.10, 2.38, 0.65, 2.06 e 4.02 log UFC mL-1, respectivamente. As amostras não apresentaram L. monocytogenes e Salmonella spp. Na análise físico-química, 90.63% das amostras apresentaram pelo menos um parâmetro fora dos padrões legais. Na contagem de células somáticas, 73.33% das amostras tiveram contagens superiores a 1 x 106 células mL-1. O leite de cabra cru produzido no Paraná tem altas contagens de coliformes e psicrotróficos, indicando uma má higiene durante a ordenha. Os valores flutuantes dos dados físico-químicos indicam que são necessários estudos adicionais para determinar os parâmetros que refletem as condições brasileiras de produção de leite caprino.