Kaip gaminamas išrūgų proteinas: nuo fermos iki tavo šeikerio

Įvadas į išrūgų koncentrato gamybą

Išrūgų proteinas yra sūrio gamybos šalutinis produktas ir yra vienas iš kokybiškiausių gyvūninių baltymų šaltinių. Jo gamyba ir sudėtis skiriasi priklausomai nuo naudojamų metodų, kas veikia jo maistines vertes ir baltymų struktūrą, riebalų kiekį ir netgi skonį.

Priklausomai nuo laipsnio tipo ir technologinio apdorojimo tipo gali atsirasti keturi tipai išrūgų koncentrato, kurie sporto mityboje dažniausiai naudojami galutinei proteino miltelių, kokius pažįsti, gamybai. Tai yra išrūgų koncentratas, išrūgų izoliatas, išrūgų hidrolizatas, skaidrus (clear) išrūgų izoliatas. Vaizdumo dėlei, 1 kg išrūgų koncentrato miltelių gamybai reikia daugiau nei 160 kg išrūgų tirpalo.

Pirmas žingsnis: išrūgų atskyrimas nuo pieno

Išrūgų proteino gamyba prasideda karvės pieno pasterizacija, kad būtų pašalintos visos nepageidaujamos bakterijos. Pasterizacijos metu pienas pakaitinamas iki virimo taško (70-80 °C) ir iškart po to atšaldomas iki 4°. Po pasterizacijos piene lieka apytiksliai 20 % išrūgų baltymo ir 80 % kazeino.

Svarbiausias šio proceso žingsnis yra fermento chymosino naudojimas, žinomo taip pat kaip renninas, kuris yra esminis daugumos sūrių rūšių gamybai. Chymosinas koaguliuoja, arba sutraukia pieną, ir taip atskiria kietas ir skystas kazeino daleles nuo skystos pieno dalies.

Chymosino veikimas taigi nukreiptas į kazeiną, konkrečiai jo kappa-kazeino variantą, esantį pieno micelių paviršiuje. Kai chymosinas nutraukia tam tikrus ryšius kappa-kazeine, įvyksta micelių struktūros pokytis, kas veda prie pieno baltymų, ypač kazeino, sukibimo į kietas daleles. Po koaguliacijos susidaro kietos kazeino dalelės, iš kurių gaminamas sūris, ir jos atsiskiria nuo skystos dalies, žinomos kaip išrūgos. Išrūgose yra išrūgų baltymų, laktozės, vitaminų ir mineralų, ir jos toliau apdorojamos išrūgų proteinų gamybai.

Šaltinis: foodunfolded.com

Antras žingsnis: išrūgų baltymų valymas

Kitas žingsnis yra skystų išrūgų pirminio valymo procesas, kurio metu užtikrinama galutinio produkto kokybė ir švarumas. Pirminio valymo procesas paprastai apima dvi fazes:

Riebalų ir kietųjų dalelių pašalinimas: Pirmiausia reikia iš išrūgų pašalinti riebalus ir kietąsias daleles. Tai paprastai daroma centrifugavimo ar mikrofiltracijos būdu. Tikslas – gauti kuo švaresnį išrūgų tirpalą.

Laktozės ir mineralų šalinimas: Išrūgose yra didelis laktozės ir mineralų kiekis. Išrūgų proteino gamybai reikia šiuos komponentus sumažinti, kas dažnai daroma ultrafiltracijos būdu. Ultrafiltracija leidžia pašalinti šias mažas molekules, o baltymai lieka tirpale.

Šaltinis: agropur.com

Trečias žingsnis: išrūgų baltymų koncentracija

Pašalinus nepageidaujamus komponentus, baltymai išrūgose koncentruojami. Šis procesas paprastai atliekamas keliais metodais (arba jų deriniu), priklausomai nuo to, koks grynas baltymo koncentratas turi susidaryti iš proceso ir koks produktas turi gimti. Galima naudoti ultrafiltraciją, diafiltraciją, mikrofiltraciją, nanofiltraciją, elektrodializę, atvirkštinę osmozę, kryžminio srauto mikrofiltraciją (CFM - Cross Flow Microfiltration), jonų mainus arba hidrolizę.

Metodai gali būti naudojami ir kartu, siekiant pavyzdžiui kuo labiau sumažinti liekamąjį riebalų procentą koncentrate arba išlaikyti kuo didesnį baltymų struktūros vientisumą. Kiekvienas iš minėtų baltymų koncentracijos metodų turi savo specifinius privalumus ir trūkumus ir naudojamas skirtingiems produktų tipams.

Standartinėje išrūgų proteino gamyboje, naudojamoje sporto mitybai, absoliučioje daugumoje atvejų naudojamos membraninės filtracijos (pvz. ultrafiltracija, kryžminio srauto mikrofiltracija) išrūgų koncentrato gamybai. Jei procese naudojamas ir jonų mainų metodas, susidaro išrūgų izoliatas. Gaminant išrūgų hidrolizatą, vietoj jonų mainų pasirenkamas cheminis procesas, žinomas kaip fermentinė hidrolizė. Skaidraus proteino gamyba derina filtraciją, jonų mainus ir hidrolizę.

Šių technologinių procesų rezultatas yra skystas koncentruotų baltymų tirpalas, sudarantis pagrindą produktams,

• Išrūgų koncentratas (WPC): Santrumpa WPC dažnai lydima skaičiaus 75, 80. Šis skaičius nurodo baltymų kiekį 100 g grynos žaliavos. Riebalų procentas svyruoja tarp 6-8 %.
• Išrūgų izoliatas (WPI) / Skaidrus išrūgų izoliatas: Baltymų kiekis izoliatuose standartiškai siekia daugiau nei 90 %. Riebalų kiekis svyruoja apie 1-2 % su minimaliu angliavandenių kiekiu.
• Išrūgų hidrolizatas: Baltymų kiekis hidrolizatuose svyruoja tarp 75-80 % 100 g grynos žaliavos. Tačiau jie turi geriausią biologinį prieinamumą ir greičiausią virškinamumą.

Tirpalas tada keliauja į ketvirtą fazę, kai vyksta džiovinimas. Prieš ten patekdami, apžvelkime pagrindinę informaciją apie naudojamus metodus.

Ultrafiltracija (UF) naudoja membranas su mažomis poromis baltymams atskirti nuo mažesnių molekulių, tokių kaip laktozė, mineralai ir vanduo. Baltymai, dėl savo didesnės molekulinės masės, lieka vienoje membranos pusėje, o mažesnės molekulės praeina kiaurai.

• Privalumai: Efektyvus baltymų atskyrimas nuo mažesnių komponentų; išlaiko baltymų funkcines ir maistines savybes; plačiai taikomas ir keičiamos apimties metodas.
• Trūkumai: Membranos užsikimšimo rizika, dėl ko reikalingas reguliarus valymas ir priežiūra; gali būti brangus esant dideliems tūriams ar itin koncentruotiems tirpalams.

Kryžminio srauto mikrofiltracija (Cross-Flow Microfiltration) yra technologiškai pažangesnis metodas, ir jo naudojimas užtikrina aukštesnę kokybę ir galutinio produkto švarumą. Proceso metu skystis teka lygiagrečiai su membranos paviršiumi, o ne tiesiai per ją. Taip sumažinama membranos užsikimšimo rizika, kadangi didesnės dalelės nuolat “nuplaunamos” nuo membranos paviršiaus.

• Privalumai: mažiau linkusi užsikimšti ir apnašoti membraną nei tradicinė filtracija; efektyvi didesnėms dalelėms, tokioms kaip riebalai ir bakterijos, atskirti; geriau išlaiko baltymų struktūrą ir funkcionalumą.
• Trūkumai: didesnės įrangos ir priežiūros išlaidos; mažiau efektyvi baltymams nuo mažesnių molekulių atskirti nei ultrafiltracija.

Jonų mainai į procesą įtraukiami, jei rezultatas turi būti išrūgų izoliatas. Tai procesas, kuris selektyviai izoliuoja specifinius baltymų komponentus. Neapdorotos išrūgos leidžiamos per koloną, kuri surenka baltymus ir atskiria juos pagal skirtumus jų bendrame krūvyje. Likutis (laktozė ir mineralai) nuplaunamas ir toliau apdorojamas kaip kitas komponentas. Jonų mainai surenka visus funkcinius ir maistinius baltymus išrūgose, įskaitant bioaktyvius baltymus, tokius kaip imunoglobulinai ir laktoferinas. Gautas išrūgų proteinas todėl turi mažiau riebalų ir laktozės nei išrūgų koncentratai, o taip pat pavyzdžiui geriau tirpsta.

• Privalumai: Labai selektyvus specifiniams baltymams; efektyvus šalinant priemaišas.
• Trūkumai: Gali denatūruoti kai kuriuos baltymus; reikalauja specifinių sąlygų kiekvienam baltymo tipui.

Šaltinis: agropur.com

Hidrolizė yra biocheminis procesas, kurio metu ilgos aminorūgščių grandinės išrūgų koncentrate skaidomos į trumpesnes peptidų grandines. Hidrolizė atliekama fermentais, rūgštimis ar šarmais. Fermentinė hidrolizė yra dažniausiai naudojamas metodas, kadangi jis specifiškesnis ir švelnesnis baltymams.

Hidrolizės trukmė gali būti skirtinga ir daro įtaką baltymų skaidymo laipsniui bei galutinio produkto savybėms.

• Privalumai: pagerina baltymų virškinimo prieinamumą ir biologinį aktyvumą; sumažina kai kurių baltymų alergeninį potencialą; leidžia sukurti specifinius peptidus su tikslinėmis funkcinėmis savybėmis.
• Trūkumai: gali įvykti baltymų denatūracija (struktūros pokytis), kas veikia jų funkcines savybes; hidrolizės procesas gali būti brangus dėl fermentų ar cheminių medžiagų poreikio; galimi galutinio produkto skonio ir kvapo pokyčiai.

Labai populiari apdorojimo forma yra vad. Skaidrus išrūgų izoliatas (Clear Whey Isolate), kuris gaminamas rūgštinant ir valant išrūgų proteiną esant žemam pH. Proteinas dažnai toliau hidrolizuojamas aukštesniam biologiniam prieinamumui pasiekti, skaidant ir sutrumpinant peptidų ryšius. Paprastai tariant, galime įsivaizduoti, kad baltymai „iš anksto suvirškinami” jau proceso metu.

Aukštesni technologinio proceso laipsniai siekia beveik visiškai pašalinti perteklinius riebalus ir angliavandenius ir taip pasiekti aukštesnį proteino kiekį 100 g grynų miltelių. Ženklus peptidų ryšių sutrumpinimas leidžia lengvesnę baltymų peptidų absorbciją į kraujotaką. Skaidrus proteinas. Skaidraus proteino atveju turi tą privalumą, kad neskoni kaip pienas ir puikiai atgaivina.

Ultrafiltracija, kryžminio srauto mikrofiltracija ir jonų mainai yra fiziniai metodai, kurie orientuoti į baltymų atskyrimą pagal molekulių dydį. Priešingai, hidrolizė yra cheminis procesas, kuris keičia pačių baltymų struktūrą. Metodo pasirinkimas priklauso nuo norimų galutinio produkto savybių ir specifinių gamybos proceso poreikių.

Ketvirtas žingsnis: skysčio pavertimas milteliais

Džiovinimo procesas gaminant išrūgų koncentratą yra svarbiausia fazė, kurios metu skysta išrūgų forma paverčiama miltelių produktu, tinkamu ilgalaikiam sandėliavimui, lengvam paskirstymui ir galimam tolesniam apdorojimui (pvz. skonio suteikimui). Plačiausiai paplitęs ir dažniausiai naudojamas metodas yra purškiamasis džiovinimas (spray drying).

Šis technologinis procesas apima koncentruotų skystų išrūgų purškimą į karštą orą džiovinimo kameroje. Vandens molekulės iš koncentrato lašų greitai išgaruoja, taip susidarant miltelių produktui. Purškiamasis džiovinimas leidžia greitą ir efektyvų vandens molekulių garinimą ir išlaiko aukštą baltymų kokybę. Šis procesas jautrus terminiam reguliavimui, todėl temperatūra ir drėgmė nuolat griežtai kontroliuojamos, kad neįvyktų terminė baltymų denatūracija.

Galutinėje fazėje milteliai automatine pakavimo mašina pasveriami į maišus, dažniausiai 25 kg, ir sandėliuojami. Eksportui maišai sudedami ant padėklo ir paruošiami transportuoti į įmonę, kuri specializuojasi skonio suteikime ir perpakavime į vartotojiškas pakuotes.

Šaltinis: proteinfactory.com

Penktas žingsnis: skonio suteikimas, gamyba ir pakavimas

Penktame žingsnyje vyksta antrinis apdorojimas. Įėjime tai yra balti bekvapiai milteliai, o išėjime gauname proteiną tokia forma, kokią pažįstame - jis paskonintas, pasaldintas, turi spalvą ir supakuotas į vartotojišką pakuotę, dažniausiai į maišelius ar indelius įvairiausiais gramažais nuo 400-2000 g.

Skonio suteikimas ir saldinimas

Tavo mėgstamą proteino skonį užtikrina arba dirbtiniai, arba natūralūs kvapikliai, dažikliai ir saldikliai. Kad visi komponentai vėliau gerai susimaišytų šeikeryje, dažnai reikia pridėti ir visiškai nekenksmingo lecitino (dažniausiai sojos ar saulėgrąžų). Kai kuriais atvejais į proteinus pridedama ir antisukibimo medžiaga - pvz. silicio dioksidas, kuris apsaugo nuo gumuliukų susidarymo arba sumažina putojimą skaidraus išrūgų izoliato atveju.

Visi skonį suteikiantys komponentai į proteiną pridedami tam tikru santykiu pagal prekės ženklo vystymo skyriaus pageidavimus, kuris pavyzdžius geriausio skonio paieškos metu nuolat degustuoja ir testuoja - bent turėtų. Kai tik skonis ir tirpumas atitinka, prasideda gamyba.

Gamyba ir pakavimas

Pirminė žaliava ir skonį suteikiantys komponentai tada tiesiog pilami į vad. homogenizatorių, kurį galima įsivaizduoti kaip didelį mikserį. Sukimasis skirtingomis kryptimis užtikrina, kad galutinis biralinis mišinys tikrai homogenizuotas, ir visi pridėti komponentai su grynu išrūgų pagrindu gerai susimaišo. Taip užtikrinama, kad kiekviena proteino porcija pakuotėje skonis vienodai, jei sumaišyta su rekomenduojamu vandens ar pieno kiekiu. Iš homogenizatoriaus mišinys tada supakuojamas į vartotojiškas pakuotes pagal pasirinktą gramažą. Toliau produktas vėl dedamas ant padėklo ir gabenamas į prekės ženklo sandėlį. Iš sandėlio po internetinio užsakymo jis surenkamas, supakuojamas ir gabenamas į atsiėmimo vietą arba tau namo tavo pasirinkta paslauga.

Šaltinis: homogenizer.cz

 

Apibendrinimas: išrūgų proteinų pasirinkimas ir kokybė

Absoliučios daugumos išrūgų proteinų pagrindas yra išrūgų koncentratas, izoliatas, skaidrus izoliatas arba hidrolizatas. Šis pagrindas kokybės požiūriu yra visiškai identiškas arba labai panašus. Labai aukšti standartai gamybai ir šių žaliavų kokybei mat galioja visiems pirminės žaliavos gamintojams vienodai. Ir būtent dėl to skirtingų prekių ženklų pienas skonisi taip pat vienodai arba labai panašiai ir turi panašią maistinę sudėtį.

Priežastis yra ta, kad pirminis žemės ūkis, ypač pieno pramonė ir jos produktai yra vienas iš svarbiausių ir griežčiausiai kontroliuojamų sektorių visoje Europos Sąjungoje, o galutinė kokybė yra aiškiai apibrėžta ir standartizuota.

Tačiau tai negalioja antriniam apdorojimui, gaminant aromatizuotus išrūgų baltymus, kurio metu į labai kokybišką žaliavą pridedama skonį suteikiančių ingredientų įvairios ir dažnai prastesnės kokybės. Tai visų pirma dirbtiniai saldikliai, aromatai ir dažikliai.

---

Šaltiniai:

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