Hoe wei-eiwit wordt gemaakt: van de boerderij tot in je shaker

Inleiding tot de productie van wei-eiwitconcentraat

Wei-eiwit is een bijproduct van de kaasproductie en is een van de kwalitatief beste bronnen van dierlijk eiwit. De productie en samenstelling ervan verschillen afhankelijk van de gebruikte methoden, wat invloed heeft op de voedingswaarden en de eiwitstructuur, het vetgehalte en zelfs de smaak.

Afhankelijk van het soort niveau en het type technologische verwerking kunnen vier soorten wei-eiwitconcentraat ontstaan, die in de sportvoeding het vaakst worden gebruikt voor de uiteindelijke productie van het eiwitpoeder dat je kent. Het gaat om wei-eiwitconcentraat, wei-eiwitisolaat, wei-eiwithydrolysaat, helder (clear) wei-eiwitisolaat. Ter illustratie: voor de productie van 1 kg wei-eiwitconcentraat in poedervorm is meer dan 160 kg wei-oplossing nodig.

Eerste stap: het scheiden van wei van melk

De productie van wei-eiwit begint met de pasteurisatie van koemelk, om deze te ontdoen van alle ongewenste bacteriën. Tijdens de pasteurisatie wordt de melk tot het kookpunt gebracht (70-80 °C) en vervolgens onmiddellijk afgekoeld tot 4°. Na pasteurisatie blijft er ongeveer 20% wei-eiwit en 80% caseïne in de melk over.

Een cruciale stap in dit proces is het gebruik van het enzym chymosine, ook bekend als renine, dat essentieel is voor de productie van de meeste soorten kaas. Chymosine heeft als taak te laten stremmen, oftewel de melk te coaguleren, en zo de vaste en vloeibare deeltjes van de caseïne te scheiden van het vloeibare deel van de melk.

De werking van chymosine richt zich dus op caseïne, specifiek op de variant kappa-caseïne, aanwezig op het oppervlak van de melkmicellen. Wanneer chymosine bepaalde bindingen in kappa-caseïne splitst, treedt er verandering van de structuur van de micellen op, wat leidt tot samenklontering van melkeiwitten, met name caseïne, tot vaste deeltjes. Na coagulatie ontstaan vaste caseïnedeeltjes, waarvan kaas wordt gemaakt, en deze worden gescheiden van het vloeibare deel, bekend als wei. Wei bevat wei-eiwitten, lactose, vitamines en mineralen, en wordt verder verwerkt voor de productie van wei-eiwitten.

Bron: foodunfolded.com

Tweede stap: het zuiveren van wei-eiwitten

De volgende stap is het proces van voorzuivering van de vloeibare wei, waarbij de kwaliteit en zuiverheid van het eindproduct worden gewaarborgd. Het voorzuiveringsproces omvat meestal twee fasen:

Verwijderen van vetten en vaste stoffen: Eerst moeten vetten en vaste stoffen uit de wei worden verwijderd. Dit gebeurt meestal door middel van centrifugeren of microfiltratie. Het doel is om een zo zuiver mogelijke wei-oplossing te verkrijgen.

Verwijderen van lactose en mineralen: Wei bevat een hoge hoeveelheid lactose en mineralen. Voor de productie van wei-eiwit moeten deze bestanddelen worden verminderd, wat vaak gebeurt door middel van ultrafiltratie. Ultrafiltratie maakt het mogelijk om deze kleine moleculen te verwijderen, terwijl de eiwitten in de oplossing blijven.

Bron: agropur.com

Derde stap: concentratie van wei-eiwitten

Nadat de ongewenste bestanddelen zijn verwijderd, worden de eiwitten in de wei geconcentreerd. Dit proces wordt meestal uitgevoerd met behulp van meerdere methoden (of combinaties daarvan), afhankelijk van hoe zuiver het eiwitconcentraat uit het proces moet komen en welk product er moet ontstaan. Er kan gebruik worden gemaakt van ultrafiltratie, diafiltratie, microfiltratie, nanofiltratie, elektrodialyse, omgekeerde osmose, cross-flow microfiltratie (CFM - Cross Flow Microfiltration), ionenwisseling of hydrolyse.

De methoden kunnen ook na elkaar worden toegepast, bijvoorbeeld om het resterende vetpercentage in het concentraat zoveel mogelijk te verlagen of om de integriteit van de structuur van eiwitten zoveel mogelijk te behouden. Elk van de genoemde methoden voor eiwitconcentratie heeft zijn specifieke voor- en nadelen en wordt gebruikt voor verschillende soorten producten.

Bij de standaardproductie van wei-eiwit, dat wordt gebruikt voor sportvoeding, wordt in de overgrote meerderheid van de gevallen membraanfiltratie gebruikt (bijv. ultrafiltratie, cross-flow microfiltratie) voor de productie van wei-eiwitconcentraat. Als in het proces ook de methode ionenwisseling wordt gebruikt, ontstaat er wei-eiwitisolaat. Bij de productie van wei-hydrolysaat wordt in plaats van ionenwisseling een chemisch proces gekozen dat bekendstaat als enzymatische hydrolyse. De productie van helder eiwit combineert filtratie, ionenwisseling en hydrolyse.

Het resultaat van deze technologische processen is een vloeibare oplossing van geconcentreerde eiwitten, die de basis vormen voor producten zoals

• Wei-eiwitconcentraat (WPC): De afkorting WPC gaat vaak vergezeld van een getal zoals 75, 80. Dit getal geeft het eiwitgehalte per 100 g zuivere grondstof weer. Het vetpercentage ligt tussen 6-8%.
• Wei-eiwitisolaat (WPI) / Helder wei-eiwitisolaat: Het eiwitgehalte in isolaten bereikt standaard meer dan 90%. Het vetgehalte ligt rond 1-2% met een minimum aan koolhydraten.
• Wei-eiwithydrolysaat: Het eiwitgehalte in hydrolysaten ligt tussen 75-80% per 100 g zuivere grondstof. Ze hebben echter de beste biologische beschikbaarheid en de snelste verteerbaarheid.

De oplossing gaat vervolgens naar de vierde fase, waarin het drogen plaatsvindt. Voordat we daar komen, vatten we eerst de basisinformatie over de gebruikte methoden samen.

Ultrafiltratie (UF) maakt gebruik van membranen met kleine poriën om eiwitten te scheiden van kleinere moleculen zoals lactose, mineralen en water. Dankzij hun hogere molecuulgewicht blijven de eiwitten aan één kant van het membraan, terwijl kleinere moleculen erdoorheen gaan.

• Voordelen: Effectieve scheiding van eiwitten van kleinere bestanddelen; behoudt de functionele en voedingswaarde van eiwitten; breed toepasbare en schaalbare methode.
• Nadelen: Risico op verstopping van het membraan, wat regelmatig reinigen en onderhoud vereist; kan kostbaar zijn bij grote volumes of sterk geconcentreerde oplossingen.

Cross-flow microfiltratie (Cross-Flow Microfiltration) is een technologisch geavanceerdere methode en het gebruik ervan zorgt voor een hogere kwaliteit en zuiverheid van het eindproduct. Tijdens het proces stroomt de vloeistof parallel aan het membraanoppervlak, en niet er direct doorheen. Hierdoor wordt het risico op verstopping van het membraan verlaagd, omdat grotere deeltjes voortdurend van het membraanoppervlak worden "weggespoeld".

• Voordelen: minder gevoelig voor verstopping en vervuiling van het membraan dan traditionele filtratie; effectief voor het scheiden van grotere deeltjes, zoals vetten en bacteriën; beter voor het behoud van de structuur en functionaliteit van eiwitten.
• Nadelen: hogere kosten voor apparatuur en onderhoud; minder effectief voor het scheiden van eiwitten van kleinere moleculen dan ultrafiltratie.

Ionenwisseling wordt in het proces toegepast als het resultaat wei-eiwitisolaat moet zijn. Het is een proces dat selectief specifieke eiwitcomponenten isoleert. De ruwe wei wordt door een kolom geleid, die eiwitten verzamelt en scheidt op basis van verschillen in hun totale lading. De rest (lactose en mineralen) wordt weggespoeld en verder verwerkt tot een andere component. Ionenwisseling verzamelt alle functionele en voedzame eiwitten in de wei, inclusief bioactieve eiwitten zoals immunoglobulinen en lactoferrine. Het resulterende wei-eiwit bevat daardoor minder vet en lactose dan wei-eiwitconcentraten en lost bijvoorbeeld ook beter op.

• Voordelen: Zeer selectief voor specifieke eiwitten; effectief in het verwijderen van onzuiverheden.
• Nadelen: Kan sommige eiwitten denatureren; vereist specifieke omstandigheden voor elk type eiwit.

Bron: agropur.com

Hydrolyse is een biochemisch proces waarbij lange aminozuurketens in het wei-eiwitconcentraat worden afgebroken tot kortere peptideketens. Hydrolyse wordt uitgevoerd met behulp van enzymen, zuren of basen. Enzymatische hydrolyse is de meest gebruikte methode, omdat deze specifieker en zachter voor eiwitten is.

De duur van de hydrolyse kan verschillen en beïnvloedt de mate van eiwitafbraak en de eigenschappen van het eindproduct.

• Voordelen: verbetert de verteerbaarheid en biologische activiteit van eiwitten; vermindering van het allergene potentieel van sommige eiwitten; maakt het mogelijk om specifieke peptiden met gerichte functionele eigenschappen te creëren.
• Nadelen: er kan denaturatie (structuurverandering) van eiwitten optreden, wat hun functionele eigenschappen beïnvloedt; het hydrolyseproces kan kostbaar zijn vanwege de noodzaak van enzymen of chemicaliën; mogelijke veranderingen in smaak en geur van het eindproduct.

Een zeer populaire vorm van bewerking is het zogenaamde heldere wei-eiwitisolaat (Clear Whey Isolate), dat wordt geproduceerd door acidificatie en zuivering van wei-eiwit bij lage pH. Het eiwit wordt vervolgens vaak gehydrolyseerd om een hogere biologische beschikbaarheid te bereiken door de peptidebindingen af te breken en te verkorten. Simpel gezegd kun je je voorstellen dat de eiwitten al tijdens het proces „voorverteerd" worden.

Hogere niveaus van het technologische proces hebben als doel om overtollige vetten en koolhydraten vrijwel volledig te verwijderen en zo een hoger eiwitgehalte per 100 g zuiver poeder te bereiken. De aanzienlijke verkorting van de peptidebindingen maakt een eenvoudigere opname van eiwitpeptiden in de bloedbaan mogelijk. Helder eiwit. Bij helder eiwit heb je het voordeel dat het niet naar melk smaakt en heerlijk verfrist.

Ultrafiltratie en cross-flow microfiltratie en ionenwisseling zijn fysische methoden, die zich richten op het scheiden van eiwitten op basis van de grootte van de moleculen. Hydrolyse daarentegen is een chemisch proces dat de structuur van de eiwitten zelf verandert. De keuze van de methode hangt af van de gewenste eigenschappen van het eindproduct en van de specifieke behoeften van het productieproces.

Vierde stap: het omzetten van vloeistof naar poeder

Het droogproces bij de productie van wei-eiwitconcentraat is een cruciale fase, waarbij de vloeibare vorm van wei wordt omgezet in een poedervormig product dat geschikt is voor langdurige opslag, gemakkelijke distributie en eventuele verdere verwerking (bijv. het toevoegen van smaak). De meest gebruikte en wijdverbreide methode is sproeidrogen (spray drying).

Dit technologische proces omvat het verstuiven van geconcentreerde vloeibare wei in hete lucht in een droogkamer. De watermoleculen verdampen snel uit de druppels concentraat, waardoor een poedervormig product ontstaat. Sproeidrogen maakt snelle en efficiënte verdamping van watermoleculen mogelijk en behoudt de hoge kwaliteit van de eiwitten. Dit proces is gevoelig voor temperatuurregeling en daarom worden temperatuur en vochtigheid voortdurend strikt gecontroleerd, om thermische denaturatie van eiwitten te voorkomen.

In de laatste fase wordt het poeder door een automatische verpakkingsmachine afgewogen in zakken, meestal van 25 kg, en opgeslagen. Voor export worden de zakken op een pallet gestapeld en klaargemaakt voor transport naar een faciliteit die gespecialiseerd is in het toevoegen van smaak en het herverpakken in consumentenverpakkingen.

Bron: proteinfactory.com

Vijfde stap: smaak toevoegen, productie en verpakking

In de vijfde stap vindt secundaire verwerking plaats. Aan de ingang is het een wit, onaromatisch poeder en aan de uitgang krijgt het eiwit de vorm die we kennen - het is gearomatiseerd, gezoet, heeft een kleur en is verpakt in consumentenverpakking, meestal in zakken of potten in uiteenlopende gewichten van 400-2000 g.

Smaak toevoegen en zoeten

Je favoriete smaak van eiwit wordt gerealiseerd door ofwel kunstmatige ofwel natuurlijke aroma's, kleurstoffen en zoetstoffen. Om ervoor te zorgen dat alle bestanddelen vervolgens goed oplossen in de shaker, is het vaak nodig om ook volkomen onschadelijke lecithine toe te voegen (meestal soja- of zonnebloemlecithine). In sommige gevallen wordt ook een antiklontermiddel aan de eiwitten toegevoegd - bijv. siliciumdioxide, dat klontvorming voorkomt of de schuimvorming vermindert in het geval van helder wei-eiwitisolaat.

Alle smaakcomponenten worden in een bepaalde verhouding aan het eiwit toegevoegd, volgens de voorkeuren van de ontwikkelingsafdeling van het merk, die de monsters tijdens het zoeken naar de beste smaak voortdurend proeven en testen - althans dat zouden ze moeten doen. Zodra de smaak en oplosbaarheid voldoen, begint de productie.

Productie en verpakking

De primaire grondstof en de smaakcomponenten worden dan letterlijk in een zogenaamde homogenisator gegooid, die je je kunt voorstellen als een grote mixer. Het draaien in verschillende richtingen zorgt ervoor dat het resulterende poedermengsel echt gehomogeniseerd is en dat alle toegevoegde bestanddelen zich goed vermengen met de zuivere wei-basis. Zo wordt gegarandeerd dat elke portie eiwit in de verpakking hetzelfde smaakt, mits gemengd met de aanbevolen hoeveelheid water of melk. Vanuit de homogenisator wordt het mengsel vervolgens verpakt in consumentenverpakkingen volgens het gekozen gewicht. Vervolgens wordt het product weer op een pallet geplaatst en vervoerd naar het magazijn van het merk. Vanuit het magazijn wordt het na een online bestelling verzamelklaar gemaakt, ingepakt en vervoerd naar een afhaalpunt of bij jou thuis bezorgd via de door jou gekozen dienst.

Bron: homogenizer.cz

 

Conclusie: keuze en kwaliteit van wei-eiwitten

De basis van de overgrote meerderheid van wei-eiwitten is wei-concentraat, isolaat, helder isolaat of hydrolysaat. Deze basis is kwalitatief volledig identiek of zeer vergelijkbaar. Er gelden namelijk zeer hoge normen voor de productie en kwaliteit van deze grondstoffen voor alle producenten van de primaire grondstof op dezelfde manier. En dat is precies de reden waarom melk van verschillende merken ook hetzelfde of zeer vergelijkbaar smaakt en een vergelijkbare voedingswaarde heeft.

De reden hiervoor is dat de primaire landbouwsector, met name de zuivelindustrie en haar producten, een van de belangrijkste en strengst gecontroleerde sectoren in de hele Europese Unie zijn, en de uiteindelijke kwaliteit duidelijk gedefinieerd en gestandaardiseerd is.

Dit geldt echter niet voor de secundaire verwerking bij de productie van gearomatiseerde wei-eiwitten, waarbij aan de zeer hoogwaardige grondstof smaakstoffen van uiteenlopende en vaak mindere kwaliteit worden toegevoegd. Het gaat vooral om kunstmatige zoetstoffen, aroma's en kleurstoffen.

---

Bronnen:

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