Piena cukurs - resurss nākotnei (PD5)

Tas ir dabīgs ķīmisks savienojums, tā sauktais piena cukurs, kas veidojas zīdītāju, t.sk. govs organismā, lai kalpotu kā enerģijas avots jaundzimušajam mazulim. Piena cukurs zināmā mērā ir līdzīgs ikdienā lietotajam cukurbiešu jeb galda cukuram - saharozei. To abu ķīmiskā formula ir C12H22O11 un tiem ir arī vienāda molmasa (342,30 g/mol), taču neliela atšķirība telpiskajā uzbūvē piena cukuram piešķir pavisam citādas īpašības un līdz ar to arī izmantošanas iespējas. Atšķiras gan garša un ķīmiskās īpašības, gan ietekme uz veselību:

• laktoze ir mazāk salda kā saharoze (aptuveni 6 reizes);
• salīdzinot ar saharozi, laktoze krietni sliktāk šķīst ūdenī (2000 g/L un 195 g/L attiecīgi);
• reizēm pārtikas produktos laktoze viegli kristalizējas, radot konsistences problēmas;
• daudziem cilvēkiem laktoze izraisa veselības problēmas.

Te jāpaskaidro sīkāk - laktoze ir disaharīds, kas sastāv no diviem monosaharīdiem - galaktozes un glikozes - un monosaharīdi šajā disaharīdā savienoti ar relatīvi grūti pāršķeļamu beta-saiti. Šo saiti spēj šķelt īpašs enzīms - laktāze, kuru sintezē un uz savas virsmas izstrādā zarnu bārkstiņu epitēlijšūnas. Šī fermenta daļējs vai (retāk) pilnīgs trūkums var izraisīt laktozes nepanesību, kad piena cukurs netiek sašķelts un neuzsūcas, tāpēc tā daudzums zarnās ievērojami palielinās. Nesašķelto laktozi fermentē daudzas zarnu mikrofloras baktērijas. Tā rezultātā veidojas gāzveida savienojumi u.c. starpprodukti, kas izraisa vēdera uzpūšanos, pastiprinātu gāzu izdali, pat caureju un vēdersāpes. Cilvēki, kuriem trūkst laktāzes fermenta, bet piens un tā produkti rada vieglus gremošanas traucējumus, šos produktus var lietot nelielos daudzumos, piemēram, izdzert 1 glāzi piena dienā, vai izdzert 2 glāzes, sadalot to 4 vai vairāk reizēs. Ja sūdzības tomēr ir stipri izteiktas un pasliktina dzīves kvalitāti, tad šiem cilvēkiem tiek veikta aizvietojošā terapija ar eksogēno laktāzi (beta-galaktozidāzi), lai arī viņi varētu uzņemt pienu - šo nešaubīgi vērtīgo uzturproduktu - pietiekamā daudzumā (laktozes nepanesības skaidrošanai izmantots avots: https://www.gastroenterologs.lv/lv/vadlinijas/laktozes-piena-cukura-nepanesiba.html).

Laktozes izmantošana ir aktuāla arī piena pārstrādātājiem. Biezpiena un siera ražošanā katru dienu rodas milzīgi sūkalu apjomi. Vienā uzņēmumā katru dienu var tikt saražots desmitiem tonnu sūkalu. Sūkalās piena recināšanas procesā pāriet arī laktoze. Sūkalas satur aptuveni 4-5 % laktozes. Tā kā sūkalas satur arī citus vērtīgus savienojumus, nelielos daudzumos tās iepērk dzīvnieku audzētāji un maizes ražotāji. Lielākos apjomos tās iepērk arī biogāzes ražotāji, taču piena pārstrādes uzņēmumiem tas ne vienmēr ir ekonomiski izdevīgi. Līdz ar to vēl joprojām neapsīkst meklējumi attiecībā uz sūkalu un laktozes tālākas pārstrādes un izmantošanas iespējām.

No otras puses, sūkalu laktoze ir perspektīva izejviela, lai ražotu dažādus vērtīgus ķīmiskos savienojumus, ko patlaban iegūst naftas pārstrādes ceļā, jo naftas krājumi uz mūsu planētas arvien samazinās. Viena no iespējām ir pielietot biotehnoloģijas metodes, kurās ķīmisko pārvērtību nodrošināšanai tiek izmantoti dažādi mikroorganismi. Ar baktēriju, raugu un citu mikroorganismu palīdzību no laktozes var iegūt organiskās skābes, polimērus, antimikrobiālus savienojumus, etanolu, acetonu, butanolu u.c. Protams, ne vienmēr tas ir vienkārši, tādēļ ražotāji un zinātnieki veic pētījumus, lai atrastu ekonomiski izdevīgākos risinājumus. Tādā veidā piena cukura izmantošana nākotnē varētu palīdzēt aizstāt izsīkstošos dabas resursus, bet uzņēmumos tiktu veicināta bezatlikuma piena pārstrāde.

Arī Latvijas Lauksaimniecības universitātē pēcdoktorantūras pētniecības atbalsta programmas* ietvaros tiek veikti pētījumi, lai sekmētu pilnīgāku pieejamo resursu izmantošanu kā vietējā, tā pasaules mērogā. Pētījuma „Sūkalu pārstrāde pievienotās vērtības produktos pārtikas rūpniecībai un lauksaimniecībai” mērķis ir iegūt organiskās skābes saturošus produktus ar mikrobiālās fermentācijas palīdzību. Projektu īsteno pēcdoktorantūras pētniece Unigunde Antone. Piedaloties ikgadējā sabiedrības iesaistes pasākumā „Eiropas Zinātnieku nakts 2019”, kura moto bija "Zinātne nākotnei", interesentiem bija iespējams uzzināt, kas ir piena cukurs, kā tas izskatās, garšo un kur to likt (skat. foto).

Pasākumā „Eiropas Zinātnieku nakts 2019” pēcdoktorante U.Antone (1. no labās) skaidro,
 kas ir piena cukurs un kādas ir tā izmantošanas iespējas.

Pētījumi notiek sadarbībā ar piena pārstrādes uzņēmumu AS "Smiltenes Piens", Latvijas universitātes Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūtu un SIA "LLU Mācību un pētījumu saimniecību "Vecauce"". Plānotais projekta norises laiks ir no 2019.gada 1.marta līdz 2022.gada 28.februārim; tā finansējumu veido šāds sadalījums: ERAF 85%, valsts budžets 10%, sadarbības partneru ieguldījums 5%.

*Programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā ” 1.1.1.2. pasākums “Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts”. Projekts “Sūkalu pārstrāde pievienotās vērtības produktos pārtikas rūpniecībai un lauksaimniecībai”” (Nr.1.1.1.2/VIAA/2/18/307).

Papildinformācija par projektu: https://www.llu.lv/lv/projekti/apstiprinatie-projekti/2019/sukalu-parstrade-pievienotas-vertibas-produktos-partikas