Kā ražo sūkalu proteīnu: no fermas līdz tavam šeikerim

Ievads sūkalu koncentrāta ražošanā

Sūkalu proteīns ir siera ražošanas blakusprodukts, un tas ir viens no kvalitatīvākajiem dzīvnieku izcelsmes olbaltumvielu avotiem. Tā ražošana un sastāvs atšķiras atkarībā no izmantotajām metodēm, kas ietekmē tā uzturvērtību un olbaltumvielu struktūru, tauku saturu un pat garšu.

Atkarībā no pakāpes veida un tehnoloģiskās apstrādes veida var rasties četri sūkalu koncentrāta veidi, kurus sporta uzturā visbiežāk izmanto tev pazīstamā proteīna pulvera gala ražošanai. Tie ir sūkalu koncentrāts, sūkalu izolāts, sūkalu hidrolizāts, dzidrais (clear) sūkalu izolāts. Priekšstatam, 1 kg sūkalu koncentrāta pulvera ražošanai nepieciešams vairāk nekā 160 kg sūkalu šķīduma.

Pirmais solis: sūkalu atdalīšana no piena

Sūkalu proteīna ražošana sākas ar govs piena pasterizāciju, lai atbrīvotos no visām nevēlamajām baktērijām. Pasterizācijas laikā pienu uzsilda līdz vārīšanās punktam (70-80 °C) un pēc tam nekavējoties atdzesē līdz 4°. Pēc pasterizācijas pienā paliek apmēram 20 % sūkalu olbaltumvielu un 80 % kazeīna.

Šī procesa galvenais solis ir enzīma himozīna izmantošana, kas pazīstams arī kā renīns un ir izšķirošs lielākās daļas sieru veidu ražošanai. Himozīna uzdevums ir koagulēt jeb sarecēt pienu un tādējādi atdalīt kazeīna cietās un šķidrās daļiņas no piena šķidrās daļas.

Himozīna iedarbība tātad ir vērsta uz kazeīnu, konkrēti tā kappa-kazeīna variantu, kas atrodas piena micellu virsmā. Kad himozīns šķeļ noteiktas saites kappa-kazeīnā, notiek micellu struktūras izmaiņas, kas noved pie piena olbaltumvielu, īpaši kazeīna, sablīvēšanās cietās daļiņās. Pēc koagulācijas veidojas cietas kazeīna daļiņas, no kurām ražo sieru, un tās atdala no šķidrās daļas, kas pazīstama kā sūkalas. Sūkalas satur sūkalu olbaltumvielas, laktozi, vitamīnus un minerālvielas, un tās tālāk apstrādā sūkalu proteīnu ražošanai.

Avots: foodunfolded.com

Otrais solis: sūkalu olbaltumvielu attīrīšana

Nākamais solis ir šķidro sūkalu priekšattīrīšanas process, kura laikā nodrošina gala produkta kvalitāti un tīrību. Priekšattīrīšanas process parasti ietver divas fāzes:

Tauku un cieto vielu izņemšana: Vispirms no sūkalām jāizņem tauki un cietās vielas. To parasti veic ar centrifugēšanu vai mikrofiltrāciju. Mērķis ir iegūt pēc iespējas tīrāku sūkalu šķīdumu.

Laktozes un minerālvielu izņemšana: Sūkalas satur lielu daudzumu laktozes un minerālvielu. Sūkalu proteīna ražošanai šīs sastāvdaļas jāsamazina, ko bieži veic ar ultrafiltrāciju. Ultrafiltrācija ļauj izņemt šīs mazās molekulas, kamēr proteīni paliek šķīdumā.

Avots: agropur.com

Trešais solis: sūkalu olbaltumvielu koncentrēšana

Pēc nevēlamo sastāvdaļu izņemšanas sūkalu olbaltumvielas koncentrē. Šo procesu parasti veic ar vairāku metožu (vai to kombināciju) palīdzību atkarībā no tā, cik tīram olbaltumvielu koncentrātam jāveidojas no procesa un kāds produkts jāiegūst. Var izmantot ultrafiltrāciju, diafiltrāciju, mikrofiltrāciju, nanofiltrāciju, elektrodialīzi, reverso osmozi, šķērsplūsmas mikrofiltrāciju (CFM - Cross Flow Microfiltration), jonu apmaiņu vai hidrolīzi.

Metodes var izmantot arī secīgi, lai, piemēram, pēc iespējas vairāk samazinātu atlikušo tauku procentu koncentrātā vai saglabātu pēc iespējas lielāku olbaltumvielu struktūras integritāti. Katrai no minētajām olbaltumvielu koncentrēšanas metodēm ir savas specifiskas priekšrocības un trūkumi, un tās izmanto dažādiem produktu veidiem.

Standarta sūkalu proteīna ražošanā, ko izmanto sporta uzturam, lielākajā daļā gadījumu izmanto membrānas filtrāciju (piem., ultrafiltrāciju, šķērsplūsmas mikrofiltrāciju) sūkalu koncentrāta ražošanai. Ja procesā izmanto arī jonu apmaiņas metodi, rodas sūkalu izolāts. Sūkalu hidrolizāta ražošanā jonu apmaiņas vietā izvēlas ķīmisku procesu, kas pazīstams kā enzimātiskā hidrolīze. Dzidrā proteīna ražošana apvieno filtrāciju, jonu apmaiņu un hidrolīzi.

Šo tehnoloģisko procesu rezultāts ir šķidrs koncentrētu olbaltumvielu šķīdums, kas veido pamatu produktiem

• Sūkalu koncentrāts (WPC): Saīsinājumu WPC bieži papildina skaitlis 75, 80. Šis skaitlis izsaka olbaltumvielu saturu uz 100 g tīras izejvielas. Tauku procents svārstās starp 6-8 %.
• Sūkalu izolāts (WPI) / Dzidrais sūkalu izolāts: Olbaltumvielu saturs izolātos standarta gadījumā sasniedz vairāk nekā 90%. Tauku saturs svārstās ap 1-2 % ar minimālu ogļhidrātu daudzumu.
• Sūkalu hidrolizāts: Olbaltumvielu saturs hidrolizātos svārstās starp 75-80 % 100 g tīras izejvielas. Taču tiem ir vislabākā bioloģiskā pieejamība un ātrākā sagremojamība.

Šķīdums pēc tam nonāk ceturtajā fāzē, kad notiek žāvēšana. Bet pirms tam apkoposim pamatinformāciju par izmantotajām metodēm.

Ultrafiltrācija (UF) izmanto membrānas ar maziem poriem, lai atdalītu olbaltumvielas no mazākām molekulām, piemēram, laktozes, minerālvielām un ūdens. Olbaltumvielas, pateicoties savai lielākai molekulmasai, paliek vienā membrānas pusē, kamēr mazākas molekulas iziet cauri.

• Priekšrocības: Efektīva olbaltumvielu atdalīšana no mazākām sastāvdaļām; saglabā olbaltumvielu funkcionālās un uzturvērtības īpašības; plaši pielietojama un mērogojama metode.
• Trūkumi: Membrānas aizsērēšanas risks, kas prasa regulāru tīrīšanu un apkopi; var būt dārga liela apjoma vai ļoti koncentrētu šķīdumu gadījumā.

Šķērsplūsmas mikrofiltrācija (Cross-Flow Microfiltration) ir tehnoloģiski attīstītāka metode, un tās izmantošana nodrošina augstāku kvalitāti un gala produkta tīrību. Procesa laikā šķidrums plūst paralēli membrānas virsmai, nevis tieši cauri tai. Tas samazina membrānas aizsērēšanas risku, jo lielākas daļiņas pastāvīgi tiek “aizskalotas” no membrānas virsmas.

• Priekšrocības: mazāk pakļauta membrānas aizsērēšanai un piesārņošanai nekā tradicionālā filtrācija; efektīva lielāku daļiņu, piemēram, tauku un baktēriju, atdalīšanai; labāka olbaltumvielu struktūras un funkcionalitātes saglabāšanai.
• Trūkumi: augstākas iekārtu un uzturēšanas izmaksas; mazāk efektīva olbaltumvielu atdalīšanai no mazākām molekulām nekā ultrafiltrācija.

Jonu apmaiņa procesā iesaistās, ja rezultātā jāiegūst sūkalu izolāts. Tas ir process, kas selektīvi izolē specifiskas olbaltumvielu sastāvdaļas. Neapstrādātas sūkalas tiek sūtītas caur kolonnu, kas savāc proteīnus un atdala tos, pamatojoties uz atšķirībām to kopējā lādiņā. Atlikums (laktoze un minerālvielas) tiek noskalots un tālāk pārstrādāts citā sastāvdaļā. Jonu apmaiņa savāc visas funkcionālās un uzturvērtīgās olbaltumvielas sūkalās, ieskaitot bioaktīvos proteīnus, piemēram, imūnglobulīnus un laktoferīnu. Iegūtajam sūkalu proteīnam tāpēc ir mazāk tauku un laktozes nekā sūkalu koncentrātiem, un tas arī, piemēram, labāk izšķīst.

• Priekšrocības: Ļoti selektīva specifiskām olbaltumvielām; efektīva piemaisījumu izņemšanā.
• Trūkumi: Var denaturēt dažas olbaltumvielas; katram olbaltumvielu veidam nepieciešami specifiski apstākļi.

Avots: agropur.com

Hidrolīze ir bioķīmisks process, kura laikā garās aminoskābju ķēdes sūkalu koncentrātā sadalās īsākās peptīdu ķēdēs. Hidrolīzi veic ar enzīmu, skābju vai sārmu palīdzību. Enzimātiskā hidrolīze ir visbiežāk izmantotā metode, jo tā ir specifiskāka un saudzīgāka olbaltumvielām.

Hidrolīzes ilgums var būt dažāds un ietekmē olbaltumvielu sadalīšanās pakāpi un gala produkta īpašības.

• Priekšrocības: uzlabo olbaltumvielu gremošanas pieejamību un bioloģisko aktivitāti; dažu olbaltumvielu alergēnā potenciāla samazināšana; ļauj veidot specifiskus peptīdus ar mērķtiecīgām funkcionālām īpašībām.
• Trūkumi: var notikt olbaltumvielu denaturācija (struktūras izmaiņas), kas ietekmē to funkcionālās īpašības; hidrolīzes process var būt dārgs enzīmu vai ķimikāliju nepieciešamības dēļ; iespējamas izmaiņas gala produkta garšā un smaržā.

Ļoti populāra apstrādes forma ir tā sauktais dzidrais sūkalu izolāts (Clear Whey Isolate), ko ražo, acidificējot un attīrot sūkalu proteīnu pie zema pH. Proteīnu bieži arī tālāk hidrolizē, lai sasniegtu augstāku bioloģisko pieejamību, sadalot un saīsinot peptīdu saites. Vienkāršoti sakot, varam iedomāties, ka olbaltumvielas „priekšsagremo” jau procesa laikā.

Augstākas tehnoloģiskā procesa pakāpes paredzētas, lai gandrīz pilnībā izņemtu lieko tauku un ogļhidrātu daudzumu un tādējādi sasniegtu augstāku olbaltumvielu saturu 100 g tīra pulvera. Ievērojama peptīdu saišu saīsināšana ļauj olbaltumvielu peptīdiem vieglāk uzsūkties asinsritē. Dzidrais proteīns. Dzidrā proteīna gadījumā tev ir tā priekšrocība, ka tas negaršo pēc piena un lieliski atsvaidzina.

Ultrafiltrācija un šķērsplūsmas mikrofiltrācija un jonu apmaiņa ir fizikālas metodes, kas vērstas uz olbaltumvielu atdalīšanu, pamatojoties uz molekulu izmēru. Turpretī hidrolīze ir ķīmisks process, kas maina pašu olbaltumvielu struktūru. Metodes izvēle ir atkarīga no vēlamajām gala produkta īpašībām un ražošanas procesa specifiskajām vajadzībām.

Ceturtais solis: šķidruma pārvēršana pulverī

Žāvēšanas process sūkalu koncentrāta ražošanā ir izšķiroša fāze, kuras laikā sūkalu šķidrā forma pārvēršas pulvera produktā, kas piemērots ilgtermiņa uzglabāšanai, ērtai izplatīšanai un iespējamai tālākai apstrādei (piem., aromatizēšanai). Visizplatītākā un visbiežāk izmantotā metode ir izsmidzināšanas žāvēšana (spray drying).

Šis tehnoloģiskais process ietver koncentrētu šķidro sūkalu izsmidzināšanu karstā gaisā žāvēšanas kamerā. Ūdens molekulas no koncentrāta pilieniem ātri iztvaiko, tādējādi veidojot pulvera produktu. Izsmidzināšanas žāvēšana ļauj ātri un efektīvi iztvaicēt ūdens molekulas un saglabā augstu olbaltumvielu kvalitāti. Šis process ir jutīgs pret temperatūras regulēšanu, tāpēc temperatūru un mitrumu pastāvīgi stingri kontrolē, lai novērstu olbaltumvielu termisko denaturāciju.

Pēdējā fāzē pulveri automātiskā fasēšanas iekārtā nosver maisos, visbiežāk 25kg, un uzglabā. Eksportam maisus sakrauj uz paletes un sagatavo transportēšanai uz iekārtu, kas specializējas aromatizēšanā un pārfasēšanā patērētāju iepakojumos.

Avots: proteinfactory.com

Piektais solis: aromatizēšana, ražošana un iepakošana

Piektajā solī notiek sekundārā apstrāde. Ieejā ir balts neapstrādāts pulveris, bet izejā proteīns iegūst mums pazīstamo formu - tas ir aromatizēts, saldināts, tam ir krāsa, un tas iepakots patērētāja iepakojumā, visbiežāk maisiņos vai burkās dažādos svaros no 400-2000 g.

Aromatizēšana un saldināšana

Tavu iecienīto proteīna garšu nodrošina vai nu mākslīgie vai dabiskie aromāti, krāsvielas un saldinātāji. Lai visas sastāvdaļas pēc tam labi sajauktos šeikerī, bieži nepieciešams pievienot arī pilnīgi nekaitīgu lecitīnu (visbiežāk sojas vai saulespuķu). Dažos gadījumos proteīniem pievieno arī pretsalipēšanas vielu - piem., silīcija dioksīdu, kas novērš sagrūšanu kunkuļos vai samazina putošanos dzidrā sūkalu izolāta gadījumā.

Visas aromatizējošās sastāvdaļas proteīnam pievieno noteiktā proporcijā saskaņā ar zīmola izstrādes nodaļas vēlmēm, kas paraugus, meklējot labāko garšu, pastāvīgi nogaršo un testē - vismaz tā vajadzētu būt. Tiklīdz garša un šķīdība apmierina, sākas ražošana.

Ražošana un iepakošana

Primārā izejviela un aromatizējošās sastāvdaļas pēc tam burtiski iebērtas tā sauktajā homogenizatorā, ko var iedomāties kā lielu mikseri. Griešanās dažādos virzienos nodrošina, ka iegūtais beramais maisījums ir patiešām homogenizēts un visas pievienotās sastāvdaļas ar tīro sūkalu bāzi labi sajaucas. Tā tiek nodrošināts, ka katra proteīna deva iepakojumā garšo vienādi, ja to sajauc ar ieteicamo ūdens vai piena daudzumu. No homogenizatora maisījumu pēc tam iepako patērētāja iepakojumos pēc izvēlētā svara. Pēc tam produktu atkal novieto uz paletes un aizved uz zīmola noliktavu. No noliktavas pēc interneta pasūtījuma to sagatavo, iepako un aizved uz izdošanas vietu vai pie tevis mājās tevis izvēlētā pakalpojumā.

Avots: homogenizer.cz

 

Nobeigums: sūkalu proteīnu izvēle un kvalitāte

Lielākās daļas sūkalu proteīnu pamatā ir sūkalu koncentrāts, izolāts, dzidrais izolāts vai hidrolizāts. Šis pamats kvalitātes ziņā ir pilnīgi identisks vai ļoti līdzīgs. Ļoti augsti standarti šo izejvielu ražošanai un kvalitātei attiecas uz visiem primārās izejvielas ražotājiem vienādi. Un tieši tāpēc dažādu zīmolu pieni garšo arī vienādi vai ļoti līdzīgi un tiem ir līdzīgs uzturvērtības sastāvs.

Iemesls tam ir tas, ka primārā lauksaimniecības, it īpaši piena rūpniecība nozare un tās produkti ir viena no vissvarīgākajām un visstingrāk kontrolētajām nozarēm visā Eiropas Savienībā, un izejas kvalitāte ir skaidri definēta un standartizēta.

Tas gan neattiecas uz sekundāro apstrādi aromatizētu sūkalu proteīnu ražošanas gadījumā, kuras laikā ļoti kvalitatīvai izejvielai tiek pievienotas dažādas un bieži vien zemākas kvalitātes aromatizējošas sastāvdaļas. Runa galvenokārt ir par mākslīgiem saldinātājiem, aromātvielām un krāsvielām.

---

Avoti:

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