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)

Variação da composição e qualidade do leite em função do volume de produção, período do ano e sistemas de ordenha e de resfriamento / Change in composition and quality of milk as a function of volume of production, year period and milking systems and cooling

Objetivou-se verificar o efeito de três volumes mensais de venda de leite, meses do ano, tipos de resfriadores e sistemas de ordenha sobre o ponto de congelamento do leite, o percentual de gordura, a contagem de células somáticas (CCS) e a contagem bacteriana total (CBT) do leite oriundo de produtores de um laticínio do Oeste do Paraná. Avaliou-se doze meses para cada informação (volume, gordura, crioscopia, CCS e CBT) com um total de 7.105 registros. As amostras para as análises foram coletadas pelos transportadores de leite junto aos produtores. As informações foram classificadas pelos volumes mensais produzidos (até 4.500 litros, entre 4.500-15.000 litros e mais que 15.000 litros), pelos sistemas de ordenha (manual, balde ao pé, canalizado e com transferidor) e tipos de resfriadores (imersão, granel e freezer) utilizados por cada produtor. O leite oriundo de produtores com volumes superiores a quinze mil litros mensais possui menor ponto crioscópico, teor de gordura, CBT e CCS. Ocorreram variações estacionais do ponto de congelamento, teor de gordura, CBT e CCS. As variações da CBT durante os períodos do ano são menores no leite oriundo de resfriamento a granel e de ordenhadeiras canalizadas. Existem fatores relacionados ao manejo dos animais e higienização dos equipamentos de ordenha e resfriamento que necessitam ser trabalhados junto aos produtores.(AU)

Aimed to evaluate the effect of three volumes monthly milk sales, months of year, types of coolers and milking systems on the freezing point of milk, fat percentage, somatic cell count (SCC) and bacterial count Total (CBT) milk come from producers that sell to a dairy of Western of Paraná. We evaluated twelve months for volume, fat, freezing point, SCC and TBC with a total of 7,105 records. Samples for analysis were collected by milk transporters. The information was classified by monthly volume purchased from each producer (up to 4,500 gallons between 4,500-15,000 liters and more than 15,000 liters), by milking systems (manual, bucket foot, piped and protractor) and types of coolers (immersion , bulk and freezer) used by each producer. The milk got of producers with volumes exceeding fifteen thousand liters per month has a freezing point and fat content lesser, but have a better CBT and CCS. There were seasonal variations of freezing point, fat, CBT and CCS. Variations of CBT during periods of the year are lower in milk derived from bulk cooling and milking piped system. There are factors related to handling and cleaning of milking equipment and cooling that need to be worked with the milk producers.(AU)

Variação da composição e qualidade do leite em função do volume de produção, período do ano e sistemas de ordenha e de resfriamento / Change in composition and quality of milk as a function of volume of production, year period and milking systems and cooling

Objetivou-se verificar o efeito de três volumes mensais de venda de leite, meses do ano, tipos de resfriadores e sistemas de ordenha sobre o ponto de congelamento do leite, o percentual de gordura, a contagem de células somáticas (CCS) e a contagem bacteriana total (CBT) do leite oriundo de produtores de um laticínio do Oeste do Paraná. Avaliou-se doze meses para cada informação (volume, gordura, crioscopia, CCS e CBT) com um total de 7.105 registros. As amostras para as análises foram coletadas pelos transportadores de leite junto aos produtores. As informações foram classificadas pelos volumes mensais produzidos (até 4.500 litros, entre 4.500-15.000 litros e mais que 15.000 litros), pelos sistemas de ordenha (manual, balde ao pé, canalizado e com transferidor) e tipos de resfriadores (imersão, granel e freezer) utilizados por cada produtor. O leite oriundo de produtores com volumes superiores a quinze mil litros mensais possui menor ponto crioscópico, teor de gordura, CBT e CCS. Ocorreram variações estacionais do ponto de congelamento, teor de gordura, CBT e CCS. As variações da CBT durante os períodos do ano são menores no leite oriundo de resfriamento a granel e de ordenhadeiras canalizadas. Existem fatores relacionados ao manejo dos animais e higienização dos equipamentos de ordenha e resfriamento que necessitam ser trabalhados junto aos produtores.

Aimed to evaluate the effect of three volumes monthly milk sales, months of year, types of coolers and milking systems on the freezing point of milk, fat percentage, somatic cell count (SCC) and bacterial count Total (CBT) milk come from producers that sell to a dairy of Western of Paraná. We evaluated twelve months for volume, fat, freezing point, SCC and TBC with a total of 7,105 records. Samples for analysis were collected by milk transporters. The information was classified by monthly volume purchased from each producer (up to 4,500 gallons between 4,500-15,000 liters and more than 15,000 liters), by milking systems (manual, bucket foot, piped and protractor) and types of coolers (immersion , bulk and freezer) used by each producer. The milk got of producers with volumes exceeding fifteen thousand liters per month has a freezing point and fat content lesser, but have a better CBT and CCS. There were seasonal variations of freezing point, fat, CBT and CCS. Variations of CBT during periods of the year are lower in milk derived from bulk cooling and milking piped system. There are factors related to handling and cleaning of milking equipment and cooling that need to be worked with the milk producers.

Espectroscopia por transformada de fourier como método de triagem na avaliação da crioscopia de leite.

O ponto de congelamento do leite está correlacionado com os componentes solúveis e pode ser um indicador de adição fraudulenta de água. O objetivo deste estudo foi investigar a interferência do teor de gordura do leite no ponto de congelamento obtido pelo infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), e avaliar a relação entre ponto de congelamento, componentes do leite e contagem de células somáticas (CCS). Uma fração de leite cru foi desnatada, obtendo creme e leite desnatado. Leite integral e desnatado foram adicionados com água (0, 2, 5, 10, 15 e 20%; experimento 1). O leite desnatado remanescente foi adicionado com creme (5, 10, 15, 20%) e água (0, 2, 5, 10, 15 e 20%; experimento 2). As amostras foram analisadas quanto ao ponto de congelamento (crioscópio eletrônico) e ponto de congelamento e composição (CombiScope FTIR, Delta Instruments). Além disso, 4.000 amostras de leite cru de tanque a granel com características anormais (ponto de congelamento, composição e SCC) foram selecionadas e analisadas quanto à adulteração (açúcar, amido, sal, formaldeído, neutralizantes e peróxido de hidrogênio). O ponto de congelação analisado pelo FTIR foi altamente correlacionado com o método do crioscópio eletrônico (acima de 98,5%) e, como esperado, a adição de água foi significativa (P 0,001) ao aumentar o ponto de congelamento do leite em ambos os métodos. No entanto, o alto teor de gordura no leite cru resultou em um ponto de congelamento decrescente ao usar o FTIR (P 0,001). Cento e noventa e seis amostras (4,9%) foram rastreadas como suspeitas de um total de 4.000 amostras de leite cru de tanque rotineiramente analisadas no laboratório. Destes, 74,5% apresentaram ponto de congelamento acima de -0,512 ° C, indicando potencial adição fraudulenta de água. Apesar de açúcar, amido, neutralizadores ou inibidores não terem sido encontrados, altas concentrações de cloreto foram encontradas em 12,2% das amostras. No entanto, altos valores de CCS e ponto de congelamento foram encontrados em 7% das amostras. A CCS está correlacionada com alta concentração de cloreto. A maioria das amostras suspeitas apresentou adição fraudulenta de água, o que reforça a importância do monitoramento constante do ponto de congelamento do leite. Como a adição de água causou o efeito inverso do alto teor de gordura no ponto de congelamento medido pelo FTIR, é importante considerar o teor de gordura do leite para evitar interpretações errôneas do ponto de congelamento ao usar o método FTIR.

The milk freezing point is correlated with the soluble components and can be an indicator of fraudulent addition of water. The objective of this study was to investigate the interference of milk fat content upon the freezing point obtained by Fourier-transform infrared (FTIR), and to evaluate the relationship among freezing point, milk components, and somatic cell count (SCC). A fraction of raw milk was skimmed, obtaining cream and skim milk. Whole and skim milk were added with water (0, 2, 5, 10, 15, and 20%; experiment 1). The remaining skim milk was added with cream (5, 10, 15, 20%) and water (0, 2, 5, 10, 15, and 20%; experiment 2). Samples were analyzed for freezing point (thermistor cryoscope) and freezing point and composition (CombiScope FTIR, Delta Instruments). Additionally, 4,000 bulk tank raw milk samples with abnormal characteristics (freezing point, composition, and SCC) were screened and analyzed for adulteration (sugar, starch, salt, formaldehyde, neutralizers and hydrogen peroxide). Freezing point measured by FTIR was highly correlated with thermistor cryoscope method (above 98.5%) and, as expected, water addition was significant (P 0.001) upon increasing milk freezing point in both methods. However, high fat content in raw milk resulted in decreasing freezing point when using FTIR (P 0.001). One hundred and ninety-six samples (4.9%) were screened as suspect from a total of 4,000 bulk tank raw milk samples routinely analyzed in the laboratory. From these, 74.5% presented freezing point above 0.512°C, indicating potential fraudulent addition of water. Although sugar, starch, neutralizers or inhibitors were not found, high chloride concentrations were found in 12.2% of the samples. However, high values of SCC and freezing point were found in 7% of the samples. SCC is correlated with high chloride concentration. Most of the suspected samples presented fraudulent addition of water, which reinforces the importance of constant monitoring of the milk freezing point. Because water addition caused the inverse effect of high fat on freezing point measured by FTIR, it is important to consider the fat content of milk to avoid misinterpretation of freezing point when using FTIR method.

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.