Introduzione alla produzione del concentrato di proteine del siero del latte
La proteina del siero del latte è un sottoprodotto della produzione del formaggio ed è una delle fonti di proteine animali di qualità più alta. La sua produzione e composizione variano in base ai metodi utilizzati, il che influenza i suoi valori nutrizionali e la struttura proteica, il contenuto di grassi e persino il gusto.
A seconda del grado e del tipo di lavorazione tecnologica possono nascere quattro tipi di concentrato di proteine del siero del latte, che nella nutrizione sportiva vengono più spesso usati per la produzione finale della polvere proteica che conosci. Si tratta del concentrato di proteine del siero del latte, dell'isolato di proteine del siero del latte, dell'idrolizzato di proteine del siero del latte, isolato di proteine del siero del latte chiaro (clear). Per farti un'idea, per produrre 1 kg di concentrato di proteine del siero del latte in polvere sono necessari più di 160 kg di soluzione di siero del latte.
Primo passo: separazione del siero dal latte
La produzione della proteina del siero del latte inizia con la pastorizzazione del latte vaccino, per eliminare tutti i batteri indesiderati. Durante la pastorizzazione il latte viene portato quasi al punto di ebollizione (70-80 °C) e subito dopo raffreddato a 4°. Dopo la pastorizzazione, nel latte rimane circa il 20% di proteine del siero e l'80% di caseina.
Un passaggio chiave in questo processo è l'uso dell'enzima chimosina, noto anche come rennina, fondamentale per la produzione della maggior parte dei tipi di formaggio. La chimosina ha il compito di coagulare, cioè far cagliare il latte, e di separare così le particelle solide e liquide di caseina dalla parte liquida del latte.
L'azione della chimosina è quindi rivolta alla caseina, in particolare alla sua variante kappa-caseina, presente sulla superficie delle micelle di latte. Quando la chimosina scinde determinati legami nella kappa-caseina, si verifica un cambiamento della struttura delle micelle, che porta all'aggregazione delle proteine del latte, in particolare della caseina, in particelle solide. Dopo la coagulazione si formano particelle solide di caseina, da cui si produce il formaggio, che si separano dalla parte liquida, nota come siero di latte. Il siero contiene proteine del siero del latte, lattosio, vitamine e minerali, ed è ulteriormente lavorato per la produzione delle proteine del siero.
Fonte: foodunfolded.com
Secondo passo: purificazione delle proteine del siero del latte
Il passo successivo è il processo di prepurificazione del siero liquido, durante il quale si garantisce la qualità e la purezza del prodotto finale. Il processo di prepurificazione comprende di solito due fasi:
Rimozione di grassi e sostanze solide: Innanzitutto è necessario rimuovere dal siero i grassi e le sostanze solide. Questo avviene di solito tramite centrifugazione o microfiltrazione. L'obiettivo è ottenere la soluzione di siero più pura possibile.
Rimozione di lattosio e minerali: Il siero contiene un'alta quantità di lattosio e minerali. Per la produzione della proteina del siero del latte è necessario ridurre questi componenti, il che avviene spesso tramite ultrafiltrazione. L'ultrafiltrazione permette di rimuovere queste piccole molecole, mentre le proteine rimangono in soluzione.
Fonte: agropur.com
Terzo passo: concentrazione delle proteine del siero del latte
Dopo la rimozione dei componenti indesiderati, le proteine nel siero vengono concentrate. Questo processo viene solitamente eseguito con diversi metodi (o loro combinazioni) a seconda di quanto puro debba risultare il concentrato di proteine dal processo e quale prodotto debba nascere. Si può usare l'ultrafiltrazione, la diafiltrazione, la microfiltrazione, la nanofiltrazione, l'elettrodialisi, l'osmosi inversa, la microfiltrazione a flusso incrociato (CFM - Cross Flow Microfiltration), lo scambio ionico o l'idrolisi.
I metodi possono essere usati anche in successione, con l'obiettivo ad esempio di ridurre il più possibile la percentuale residua di grasso nel concentrato o di preservare il più possibile l'integrità della struttura delle proteine. Ognuno dei metodi di concentrazione delle proteine elencati ha i propri vantaggi e svantaggi specifici ed è usato per diversi tipi di prodotti.
Nella produzione standard della proteina del siero del latte, usata per la nutrizione sportiva, nella stragrande maggioranza dei casi si usano filtrazioni a membrana (ad es. ultrafiltrazione, microfiltrazione a flusso incrociato) per produrre il concentrato di proteine del siero del latte. Se nel processo viene usato anche il metodo dello scambio ionico, si ottiene l'isolato di proteine del siero del latte. Nella produzione dell'idrolizzato di proteine del siero del latte, al posto dello scambio ionico si sceglie un processo chimico noto come idrolisi enzimatica. La produzione della proteina chiara combina filtrazione, scambio ionico e idrolisi.
Fonte: Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019)
Il risultato di questi processi tecnologici è una soluzione liquida di proteine concentrate, che costituisce la base dei prodotti per
- Concentrato di proteine del siero del latte (WPC): La sigla WPC è spesso accompagnata dal numero 75, 80. Questo numero esprime il contenuto proteico per 100 g di materia prima pura. La percentuale di grasso si aggira tra il 6-8%.
- Isolato di proteine del siero del latte (WPI) / Isolato di proteine del siero del latte chiaro: Il contenuto proteico negli isolati raggiunge di norma oltre il 90%. Il contenuto di grassi si aggira intorno all'1-2% con un minimo di carboidrati.
- Idrolizzato di proteine del siero del latte: Il contenuto proteico negli idrolizzati si aggira tra il 75-80% in 100 g di materia prima pura. Hanno però la migliore biodisponibilità e la digestione più rapida.
La soluzione passa poi alla quarta fase, in cui avviene l'essiccazione. Ma prima di arrivarci, riassumiamo le informazioni di base sui metodi utilizzati.
L'ultrafiltrazione (UF) utilizza membrane con pori piccoli per separare le proteine dalle molecole più piccole, come lattosio, minerali e acqua. Le proteine, grazie al loro peso molecolare maggiore, rimangono da un lato della membrana, mentre le molecole più piccole la attraversano.
- Vantaggi: separazione efficace delle proteine dai componenti più piccoli; conserva le proprietà funzionali e nutrizionali delle proteine; metodo ampiamente applicabile e scalabile.
- Svantaggi: rischio di intasamento della membrana, che richiede pulizia e manutenzione regolari; può essere costosa in caso di grandi volumi o soluzioni molto concentrate.
La microfiltrazione a flusso incrociato (Cross-Flow Microfiltration) è un metodo tecnologicamente più avanzato e il suo utilizzo garantisce una qualità superiore e maggiore purezza del prodotto finale. Durante il processo il liquido scorre parallelamente alla superficie della membrana, non direttamente attraverso di essa. Questo riduce il rischio di intasamento della membrana, perché le particelle più grandi vengono continuamente “allontanate” dalla superficie della membrana.
- Vantaggi: meno soggetta a intasamento e sporcamento della membrana rispetto alla filtrazione tradizionale; efficace per separare particelle più grandi, come grassi e batteri; migliore per preservare la struttura e la funzionalità delle proteine.
- Svantaggi: costi più elevati per l'attrezzatura e la manutenzione; meno efficace nel separare le proteine dalle molecole più piccole rispetto all'ultrafiltrazione.
Lo scambio ionico entra nel processo quando il risultato deve essere l'isolato di proteine del siero del latte. Si tratta di un processo che isola selettivamente componenti proteiche specifiche. Il siero grezzo viene fatto passare attraverso una colonna, che raccoglie le proteine e le separa in base alle differenze nella loro carica complessiva. Il resto (lattosio e minerali) viene eliminato e lavorato ulteriormente in un altro componente. Lo scambio ionico raccoglie tutte le proteine funzionali e nutrizionali del siero, comprese le proteine bioattive come immunoglobuline e lattoferrina. La proteina del siero del latte risultante ha quindi meno grassi e lattosio rispetto ai concentrati di proteine del siero del latte e, ad esempio, si scioglie meglio.
- Vantaggi: altamente selettivo per proteine specifiche; efficace nell'eliminazione delle impurità.
- Svantaggi: può denaturare alcune proteine; richiede condizioni specifiche per ogni tipo di proteina.
Fonte: agropur.com
L'idrolisi è un processo biochimico in cui le lunghe catene di aminoacidi nel concentrato di proteine del siero del latte vengono scomposte in catene peptidiche più corte. L'idrolisi viene eseguita tramite enzimi, acidi o alcali. L'idrolisi enzimatica è il metodo più usato, perché è più specifico e più delicato per le proteine.
La durata dell'idrolisi può variare e influenza il grado di scomposizione delle proteine e le proprietà del prodotto finale.
- Vantaggi: migliora la disponibilità digestiva e l'attività biologica delle proteine; riduzione del potenziale allergenico di alcune proteine; permette di creare peptidi specifici con proprietà funzionali mirate.
- Svantaggi: può verificarsi una denaturazione (cambiamento di struttura) delle proteine, che ne influenza le proprietà funzionali; il processo di idrolisi può essere costoso a causa della necessità di enzimi o sostanze chimiche; possibili cambiamenti nel gusto e nell'aroma del prodotto finale.
Una forma di lavorazione molto amata è il cosiddetto isolato di proteine del siero del latte chiaro (Clear Whey Isolate), che si produce tramite acidificazione e purificazione della proteina del siero del latte a pH basso. La proteina viene poi spesso idrolizzata per raggiungere una maggiore biodisponibilità, scomponendo e accorciando i legami peptidici. In parole semplici, possiamo immaginare che le proteine vengano “predigerite” già durante il processo.
Livelli più elevati del processo tecnologico hanno il compito di eliminare quasi completamente i grassi in eccesso e i carboidrati, raggiungendo così un contenuto proteico più alto in 100 g di polvere pura. Il notevole accorciamento dei legami peptidici permette un assorbimento più facile dei peptidi proteici nel flusso sanguigno. La proteina chiara. Nel caso della proteina chiara hai il vantaggio che non sa di latte e rinfresca in modo eccellente.
L'ultrafiltrazione, la microfiltrazione a flusso incrociato e lo scambio ionico sono metodi fisici, che si concentrano sulla separazione delle proteine in base alle dimensioni molecolari. Al contrario, l'idrolisi è un processo chimico, che modifica la struttura stessa delle proteine. La scelta del metodo dipende dalle proprietà desiderate del prodotto finale e dalle esigenze specifiche del processo produttivo.
Quarto passo: trasformazione del liquido in polvere
Il processo di essiccazione nella produzione del concentrato di proteine del siero del latte è una fase fondamentale, durante la quale la forma liquida del siero si trasforma in un prodotto in polvere adatto per una conservazione a lungo termine, una distribuzione facile ed eventuali ulteriori lavorazioni (ad es. l'aromatizzazione). Il metodo più diffuso e più usato è l'essiccazione a spruzzo (spray drying).
Questo processo tecnologico prevede la nebulizzazione del siero liquido concentrato in aria calda in una camera di essiccazione. Le molecole d'acqua evaporano rapidamente dalle goccioline di concentrato, formando così un prodotto in polvere. L'essiccazione a spruzzo permette un'evaporazione rapida ed efficace delle molecole d'acqua e conserva l'alta qualità delle proteine. Questo processo è sensibile alla regolazione termica, per cui temperatura e umidità sono costantemente controllate in modo rigoroso, per evitare la denaturazione termica delle proteine.
Nella fase finale la polvere viene pesata da una confezionatrice automatica in sacchi, più spesso da 25 kg, e immagazzinata. Per l'esportazione i sacchi vengono impilati su un pallet e preparati per il trasporto verso lo stabilimento specializzato nell'aromatizzazione e nel riconfezionamento in confezioni per il consumatore.
Fonte: proteinfactory.com
Quinto passo: aromatizzazione, produzione e confezionamento
Nel quinto passo avviene la lavorazione secondaria. In entrata si tratta di polvere bianca senza aroma, e in uscita la proteina assume la forma che conosciamo - è aromatizzata, dolcificata, ha colore ed è confezionata in una confezione per il consumatore, più spesso in buste o barattoli nelle grammature più diverse, da 400 a 2000 g.
Aromatizzazione e dolcificazione
Il tuo gusto preferito della proteina è garantito da aromi artificiali o naturali, coloranti e dolcificanti. Affinché tutti i componenti si mescolino bene nello shaker, spesso è necessario aggiungere anche una lecitina del tutto innocua (più spesso di soia o di girasole). In alcuni casi alle proteine viene aggiunto anche un agente antiagglomerante - ad es. il biossido di silicio, che impedisce la formazione di grumi oppure riduce la schiuma nel caso dell'isolato di proteine del siero del latte chiaro.
Tutti i componenti aromatizzanti vengono aggiunti alla proteina in un determinato rapporto secondo le preferenze del reparto di sviluppo del marchio, che durante la ricerca del gusto migliore assaggia e testa continuamente i campioni - almeno dovrebbe farlo. Quando il gusto e la solubilità soddisfano, inizia la produzione.
Produzione e confezionamento
La materia prima primaria e i componenti aromatizzanti vengono poi letteralmente versati nel cosiddetto omogeneizzatore, che si può immaginare come un grande mixer. La rotazione in diverse direzioni garantisce che la miscela sfusa risultante sia davvero omogeneizzata e che tutti i componenti aggiunti si mescolino bene con la base pura di siero del latte. Questo garantisce che ogni dose di proteina nella confezione abbia lo stesso sapore se miscelata con la quantità raccomandata di acqua o latte. Dall'omogeneizzatore la miscela viene poi confezionata in confezioni per il consumatore secondo la grammatura scelta. Successivamente il prodotto viene di nuovo posizionato su un pallet e trasportato al magazzino del marchio. Dal magazzino, dopo un ordine online viene preparato, imballato e portato a un punto di ritiro o a casa tua tramite il servizio scelto da te.
Fonte: homogenizer.cz
In conclusione: scelta e qualità delle proteine del siero del latte
La base della stragrande maggioranza delle proteine del siero del latte è il concentrato, l'isolato, l'isolato chiaro o l'idrolizzato di siero del latte. Questa base è qualitativamente del tutto identica o molto simile. Standard molto elevati per la produzione e la qualità di queste materie prime valgono infatti allo stesso modo per tutti i produttori della materia prima primaria. Ed è esattamente per questo motivo che i latti di marche diverse hanno anche lo stesso sapore o molto simile e hanno una composizione nutrizionale simile.
Il motivo è che il settore agricolo primario, in particolare il settore lattiero-caseario, e i suoi prodotti sono uno dei settori più importanti e più rigorosamente controllati in tutta l'Unione Europea, e la qualità in uscita è chiaramente definita e standardizzata.
Questo però non vale per la lavorazione secondaria nel caso della produzione di proteine del siero del latte aromatizzate, durante la quale a una materia prima di altissima qualità vengono aggiunti componenti aromatizzanti di qualità diverse e spesso inferiori. Si tratta soprattutto di dolcificanti, aromi e coloranti artificiali.
Fonti:
- Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019) Whey Proteins: From Milk to Medicine ISBN 978-0-12-812124-5
- Protein hydrolysis. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B978008100596521755
- How whey protein is made. https://www.agropur.com/us/news/how-whey-protein-is-made
- Whey protein concentrate and isolate. https://www.spxflow.com/assets/pdf/spx-flow-whey-protein-isolate-concentrate-612-gb.pdf
- What is whey protein. https://agnroots.com/blogs/articles-info/what-is-whey-protein
- https://www.foodunfolded.com/article/sustainable-protein-powders-whey-vs-plant-based
- https://www.vaisala.com/en/blog/2022-11/how-measure-crucial-process-parameters-efficient-spray-drying
- https://proteinfactory.com/bulk-protein-powder-2/
- http://www.homogenizer.cz/wp-content/uploads/Fotografie0197.jpg
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