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)

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)

Preservatives and neutralizing substances in milk: analytical sensitivity of official specific and nonspecific tests, microbial inhibition effect, and residue persistence in milk / Sustâncias conservantes e neutralizantes no leite: sensibilidade analítica das provas oficiais específicas, provas inespecíficas, inibição microbiana e persistência de resíduos no leite

Milk fraud has been a recurring problem in Brazil; thus, it is important to know the effect of most frequently used preservatives and neutralizing substances as well as the detection capability of official tests. The objective of this study was to evaluate the analytical sensitivity of legislation-described tests and nonspecific microbial inhibition tests, and to investigate the effect of such substances on microbial growth inhibition and the persistence of detectable residues after 24/48h of refrigeration. Batches of raw milk, free from any contaminant, were divided into aliquots and mixed with different concentrations of formaldehyde, hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, chlorine, chlorinated alkaline detergent, or sodium hydroxide. The analytical sensitivity of the official tests was 0.005%, 0.003%, and 0.013% for formaldehyde, hydrogen peroxide, and hypochlorite, respectively. Chlorine and chlorinated alkaline detergent were not detected by regulatory tests. In the tests for neutralizing substances, sodium hydroxide could not be detected when acidity was accurately neutralized. The yogurt culture test gave results similar to those obtained by official tests for the detection of specific substances. Concentrations of 0.05% of formaldehyde, 0.003% of hydrogen peroxide and 0.013% of sodium hypochlorite significantly reduced (P<0.05) the microbial counts in milk after 24 and 48h refrigeration. Formaldehyde and sodium hypochlorite remained detectable in milk after 48 and 24h of refrigeration, respectively; while hydrogen peroxide could not be detected after 24h. Official tests for the detection of milk fraud by the addition of preservatives and neutralizing substances present limitations and may be ineffective in detecting milk adulteration.(AU)

Fraudes no leite têm sido um problema recorrente no Brasil, tornando importante conhecer o efeito dos conservantes e neutralizantes utilizados com maior frequência, e a capacidade de detecção das provas oficiais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a sensibilidade analítica de provas descritas pela legislação, das provas por inibição microbiana inespecífica, o efeito dessas substâncias na inibição do crescimento microbiano e a persistência de resíduos detectáveis após 48 horas de refrigeração. Lotes de leite cru, livres de sustâncias adulterantes, foram aliquotados e adicionados de diferentes concentrações de formaldeído, peróxido de hidrogênio, hipoclorito de sódio, cloro, detergente alcalino clorado e hidróxido de sódio. A sensibilidade analítica das provas oficiais foi: 0,005% para formaldeído; 0,003% para peróxido de hidrogênio e 0,013% para hipoclorito. Cloro e detergente alcalino clorado não foram detectados pelas provas oficiais. A prova de neutralizantes não detectou hidróxido de sódio quando a acidez foi neutralizada com precisão. A prova da cultura de iogurte apresentou resultados próximos ao das provas oficiais para substâncias específicas. Concentrações de 0,05% formaldeído, 0,003% de peróxido de hidrogênio e 0,013% de hipoclorito de sódio reduziram significativamente (P 0,05) a microbiota do leite após 24 e 48 horas de refrigeração. O formaldeído e hipoclorito de sódio permaneceram detectável no leite após 48 e 24 horas de refrigeração, respectivamente e o peróxido de hidrogênio não foi detectável após 24 horas. As provas oficiais para a pesquisa de fraudes por adição de conservantes e neutralizantes ao leite apresentam limitações e podem não ser capazes de detectar adulterações no leite.(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)

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.

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.[...]