Comment est fabriquée la protéine de lactosérum : de la ferme à ton shaker

Introduction à la fabrication du concentré de lactosérum

La protéine de lactosérum est un sous-produit de la fabrication du fromage et constitue l'une des sources de protéines animales les plus qualitatives. Sa fabrication et sa composition varient selon les méthodes utilisées, ce qui influence sa valeur nutritionnelle, la structure de ses protéines, sa teneur en matières grasses et même son goût.

Selon le type de degré et le type de traitement technologique, on peut obtenir quatre types de concentré de lactosérum, les plus couramment utilisés en nutrition sportive pour la fabrication finale de la poudre de protéine que tu connais. Il s'agit du concentré de lactosérum, de l'isolat de lactosérum, de l'hydrolysat de lactosérum, et de l'isolat de lactosérum clair (clear). Pour te donner une idée, la fabrication d'1 kg de concentré de lactosérum en poudre nécessite plus de 160 kg de solution de lactosérum.

Première étape : la séparation du lactosérum du lait

La fabrication de la protéine de lactosérum commence par la pasteurisation du lait de vache, afin de le débarrasser de toutes les bactéries indésirables. Pendant la pasteurisation, le lait est porté à ébullition (70-80 °C), puis immédiatement refroidi à 4°. Après la pasteurisation, il reste dans le lait environ 20 % de protéines de lactosérum et 80 % de caséine.

Une étape clé de ce processus est l'utilisation de l'enzyme chymosine, aussi connue sous le nom de présure, essentielle à la fabrication de la plupart des types de fromage. La chymosine a pour rôle de coaguler, c'est-à-dire de faire cailler le lait et de séparer ainsi les particules solides et liquides de la caséine de la partie liquide du lait.

L'action de la chymosine cible donc la caséine, plus précisément sa variante kappa-caséine, présente à la surface des micelles de lait. Lorsque la chymosine rompt certaines liaisons dans la kappa-caséine, il se produit un changement de structure des micelles, ce qui conduit à l'agrégation des protéines du lait, notamment la caséine, en particules solides. Après la coagulation, des particules solides de caséine se forment, à partir desquelles le fromage est fabriqué, et se séparent de la partie liquide, connue sous le nom de lactosérum. Le lactosérum contient des protéines de lactosérum, du lactose, des vitamines et des minéraux, et est ensuite transformé pour la fabrication des protéines de lactosérum.

Source : foodunfolded.com

Deuxième étape : la purification des protéines de lactosérum

L'étape suivante est le processus de prépurification du lactosérum liquide, au cours duquel la qualité et la pureté du produit final sont assurées. Le processus de prépurification comprend généralement deux phases :

Élimination des graisses et des matières solides : Il faut d'abord retirer les graisses et les matières solides du lactosérum. Cela se fait généralement par centrifugation ou microfiltration. L'objectif est d'obtenir une solution de lactosérum la plus pure possible.

Élimination du lactose et des minéraux : Le lactosérum contient une quantité élevée de lactose et de minéraux. Pour la fabrication de la protéine de lactosérum, il faut réduire ces composants, ce qui se fait souvent par ultrafiltration. L'ultrafiltration permet d'éliminer ces petites molécules, tandis que les protéines restent en solution.

Source : agropur.com

Troisième étape : la concentration des protéines de lactosérum

Une fois les composants indésirables éliminés, les protéines du lactosérum sont concentrées. Ce processus est généralement réalisé par plusieurs méthodes (ou leur combinaison), selon la pureté du concentré de protéine que l'on souhaite obtenir en sortie de processus et le produit final visé. On peut utiliser l'ultrafiltration, la diafiltration, la microfiltration, la nanofiltration, l'électrodialyse, l'osmose inverse, la microfiltration à flux tangentiel (CFM - Cross Flow Microfiltration), l'échange d'ions ou l'hydrolyse.

Les méthodes peuvent également être utilisées de façon successive, par exemple dans le but de réduire au maximum le pourcentage résiduel de matières grasses dans le concentré ou de préserver au mieux l'intégrité de la structure des protéines. Chacune de ces méthodes de concentration des protéines a ses avantages et inconvénients spécifiques et est utilisée pour différents types de produits.

Dans la fabrication standard de protéine de lactosérum, utilisée pour la nutrition sportive, on utilise dans l'immense majorité des cas des filtrations membranaires (par exemple l'ultrafiltration, la microfiltration à flux tangentiel) pour fabriquer le concentré de lactosérum. Si le processus utilise également la méthode d'échange d'ions, on obtient un isolat de lactosérum. Pour la fabrication de l'hydrolysat de lactosérum, on choisit, à la place de l'échange d'ions, un procédé chimique connu sous le nom d'hydrolyse enzymatique. La fabrication de la protéine claire combine filtration, échange d'ions et hydrolyse.

Le résultat de ces procédés technologiques est une solution liquide de protéines concentrées, qui constitue la base des produits pour

• Concentré de lactosérum (WPC) : L'abréviation WPC est souvent accompagnée du nombre 75 ou 80. Ce nombre exprime la teneur en protéines pour 100 g de matière première pure. Le pourcentage de matières grasses se situe entre 6 et 8 %.
• Isolat de lactosérum (WPI) / Isolat de lactosérum clair : La teneur en protéines des isolats atteint généralement plus de 90 %. La teneur en matières grasses se situe autour de 1-2 % avec un minimum de glucides.
• Hydrolysat de lactosérum : La teneur en protéines des hydrolysats se situe entre 75 et 80 % pour 100 g de matière première pure. Ils ont toutefois la meilleure biodisponibilité et la digestion la plus rapide.

La solution passe ensuite à la quatrième phase, celle du séchage. Mais avant d'y arriver, résumons les informations essentielles sur les méthodes utilisées.

L'ultrafiltration (UF) utilise des membranes aux petits pores pour séparer les protéines des molécules plus petites comme le lactose, les minéraux et l'eau. Les protéines, grâce à leur masse moléculaire plus élevée, restent d'un côté de la membrane, tandis que les molécules plus petites la traversent.

• Avantages : Séparation efficace des protéines des composants plus petits ; préserve les propriétés fonctionnelles et nutritionnelles des protéines ; méthode largement applicable et évolutive.
• Inconvénients : Risque de colmatage de la membrane, nécessitant un nettoyage et un entretien réguliers ; peut être coûteuse pour de grands volumes ou des solutions très concentrées.

La microfiltration à flux tangentiel (Cross-Flow Microfiltration) est une méthode technologiquement plus avancée et son utilisation garantit une qualité supérieure et une meilleure pureté du produit final. Pendant le processus, le liquide s'écoule parallèlement à la surface de la membrane, et non directement à travers elle. Cela réduit le risque de colmatage de la membrane, car les particules plus grosses sont constamment « emportées » loin de la surface de la membrane.

• Avantages : moins sujette au colmatage et à l'encrassement de la membrane que la filtration traditionnelle ; efficace pour séparer les particules plus grosses, comme les graisses et les bactéries ; meilleure pour préserver la structure et la fonctionnalité des protéines.
• Inconvénients : coûts plus élevés d'équipement et d'entretien ; moins efficace pour séparer les protéines des molécules plus petites que l'ultrafiltration.

L'échange d'ions intervient dans le processus lorsque le résultat souhaité est un isolat de lactosérum. Il s'agit d'un processus qui isole sélectivement des composants protéiques spécifiques. Le lactosérum brut est envoyé à travers une colonne qui capte les protéines et les sépare en fonction des différences de leur charge globale. Le reste (lactose et minéraux) est évacué et transformé en un autre composant. L'échange d'ions capte toutes les protéines fonctionnelles et nutritives du lactosérum, y compris les protéines bioactives comme les immunoglobulines et la lactoferrine. La protéine de lactosérum obtenue a donc moins de matières grasses et de lactose que les concentrés de lactosérum, et elle se dissout aussi mieux, par exemple.

• Avantages : Très sélectif pour des protéines spécifiques ; efficace pour éliminer les impuretés.
• Inconvénients : Peut dénaturer certaines protéines ; nécessite des conditions spécifiques pour chaque type de protéine.

Source : agropur.com

L'hydrolyse est un processus biochimique au cours duquel les longues chaînes d'acides aminés du concentré de lactosérum sont décomposées en chaînes peptidiques plus courtes. L'hydrolyse s'effectue à l'aide d'enzymes, d'acides ou d'alcalis. L'hydrolyse enzymatique est la méthode la plus utilisée, car elle est plus spécifique et plus douce pour les protéines.

La durée de l'hydrolyse peut varier et influence le degré de décomposition des protéines ainsi que les propriétés du produit final.

• Avantages : améliore la digestibilité et l'activité biologique des protéines ; réduction du potentiel allergène de certaines protéines ; permet de créer des peptides spécifiques aux propriétés fonctionnelles ciblées.
• Inconvénients : une dénaturation (changement de structure) des protéines peut se produire, ce qui influence leurs propriétés fonctionnelles ; le processus d'hydrolyse peut être coûteux en raison du besoin d'enzymes ou de produits chimiques ; changements possibles du goût et de l'odeur du produit final.

Une forme de traitement très appréciée est le « Clear Whey Isolate » (isolat de lactosérum clair), qui est fabriqué par acidification et purification de la protéine de lactosérum à faible pH. La protéine est ensuite souvent hydrolysée pour obtenir une biodisponibilité plus élevée en décomposant et en raccourcissant les liaisons peptidiques. En termes simples, on peut imaginer que les protéines sont « prédigérées » dès ce processus.

Les degrés supérieurs du processus technologique ont pour but d'éliminer presque totalement les graisses excédentaires et les glucides, pour atteindre une teneur en protéines plus élevée pour 100 g de poudre pure. Le raccourcissement marqué des liaisons peptidiques permet une absorption plus facile des peptides de protéines dans la circulation sanguine. Protéine claire. Avec la protéine claire, tu as l'avantage qu'elle n'a pas le goût du lait et qu'elle rafraîchit parfaitement.

L'ultrafiltration, la microfiltration à flux tangentiel et l'échange d'ions sont des méthodes physiques, qui visent à séparer les protéines en fonction de la taille des molécules. À l'inverse, l'hydrolyse est un processus chimique qui modifie la structure même des protéines. Le choix de la méthode dépend des propriétés souhaitées du produit final et des besoins spécifiques du processus de fabrication.

Quatrième étape : la transformation du liquide en poudre

Le processus de séchage, dans la fabrication du concentré de lactosérum, est une étape clé au cours de laquelle la forme liquide du lactosérum est transformée en produit en poudre, adapté au stockage longue durée, à une distribution facile et à un éventuel traitement ultérieur (par exemple l'aromatisation). La méthode la plus répandue et la plus utilisée est le séchage par atomisation (spray drying).

Ce procédé technologique consiste à pulvériser le lactosérum liquide concentré dans de l'air chaud à l'intérieur d'une chambre de séchage. Les molécules d'eau des gouttelettes de concentré s'évaporent rapidement, ce qui forme un produit en poudre. Le séchage par atomisation permet une évaporation rapide et efficace des molécules d'eau tout en préservant une haute qualité des protéines. Ce processus est sensible à la régulation thermique, c'est pourquoi la température et l'humidité sont constamment contrôlées de façon stricte, afin d'éviter une dénaturation thermique des protéines.

Dans la phase finale, la poudre est pesée par une ensacheuse automatique dans des sacs, le plus souvent de 25 kg, puis stockée. Pour l'exportation, les sacs sont empilés sur une palette et préparés pour le transport vers un établissement spécialisé dans l'aromatisation et le reconditionnement en emballages destinés aux consommateurs.

Source : proteinfactory.com

Cinquième étape : aromatisation, production et emballage

À la cinquième étape a lieu la transformation secondaire. En entrée, il s'agit d'une poudre blanche non aromatisée, et en sortie, la protéine prend la forme que nous connaissons - elle est aromatisée, sucrée, a une couleur et est emballée dans un emballage destiné au consommateur, le plus souvent des sachets ou des boîtes de différentes tailles allant de 400 à 2000 g.

Aromatisation et sucrage

Ton arôme préféré de protéine est assuré soit par des arômes artificiels, soit par des arômes naturels, des colorants et des édulcorants. Pour que tous les composants se mélangent bien dans le shaker par la suite, il est souvent nécessaire d'ajouter aussi de la lécithine totalement inoffensive (le plus souvent de soja ou de tournesol). Dans certains cas, on ajoute également aux protéines un agent anti-agglomérant - par exemple du dioxyde de silicium, qui empêche la formation de grumeaux ou réduit la formation de mousse dans le cas de l'isolat de lactosérum clair.

Tous les composants aromatisants sont ajoutés à la protéine selon un certain ratio, en fonction des préférences du service de développement de la marque, qui goûte et teste en permanence les échantillons au cours de la recherche du meilleur goût - du moins, c'est ce qui devrait se passer. Une fois que le goût et la solubilité conviennent, la production commence.

Production et emballage

La matière première principale et les composants aromatisants sont ensuite littéralement versés dans un homogénéisateur, que l'on peut imaginer comme un grand mixeur. La rotation dans différentes directions garantit que le mélange en poudre final est réellement homogénéisé et que tous les composants ajoutés se mélangent bien avec la base pure de lactosérum. Cela garantit que chaque dose de protéine dans l'emballage a le même goût lorsqu'elle est mélangée avec la quantité recommandée d'eau ou de lait. À partir de l'homogénéisateur, le mélange est ensuite emballé dans des emballages destinés au consommateur selon le grammage choisi. Le produit est ensuite de nouveau placé sur une palette et transporté vers l'entrepôt de la marque. Depuis l'entrepôt, il est, après une commande en ligne préparée, emballé et acheminé vers un point de retrait ou chez toi, via le service que tu as choisi.

Source : homogenizer.cz

 

Conclusion : choix et qualité des protéines de lactosérum

La base de l'immense majorité des protéines de lactosérum est le concentré, l'isolat, l'isolat clair ou l'hydrolysat de lactosérum. Cette base est, sur le plan qualitatif, totalement identique ou très similaire. Des normes très élevées pour la fabrication et la qualité de ces matières premières s'appliquent en effet de la même façon à tous les fabricants de matière première principale. C'est exactement pour cette raison que les laits de différentes marques ont aussi le même goût ou un goût très similaire et une composition nutritionnelle semblable.

La raison est que le secteur agricole primaire, notamment l’industrie laitière, et ses produits font partie des secteurs les plus importants et les plus strictement contrôlés de toute l’Union européenne, et la qualité de sortie y est clairement définie et standardisée.

Cela ne s’applique cependant pas à la transformation secondaire dans le cas de la fabrication de protéines de lactosérum aromatisées, au cours de laquelle on ajoute à une matière première de très haute qualité des ingrédients aromatisants de qualités diverses et souvent inférieures. Il s’agit notamment d’édulcorants, d’arômes et de colorants artificiels.

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Sources :

1. Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019) Whey Proteins: From Milk to Medicine ISBN 978-0-12-812124-5
2. Protein hydrolysis. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B978008100596521755
3. How whey protein is made. https://www.agropur.com/us/news/how-whey-protein-is-made
4. Whey protein concentrate and isolate. https://www.spxflow.com/assets/pdf/spx-flow-whey-protein-isolate-concentrate-612-gb.pdf
5. What is whey protein. https://agnroots.com/blogs/articles-info/what-is-whey-protein
6. https://www.foodunfolded.com/article/sustainable-protein-powders-whey-vs-plant-based
7. https://www.vaisala.com/en/blog/2022-11/how-measure-crucial-process-parameters-efficient-spray-drying
8. https://proteinfactory.com/bulk-protein-powder-2/
9. http://www.homogenizer.cz/wp-content/uploads/Fotografie0197.jpg