Cum se produce proteina din zer: de la fermă la shaker-ul tău

Introducere în producerea concentratului de proteină din zer

Proteina din zer este un produs secundar al fabricării brânzei și este una dintre cele mai valoroase surse de proteine animale. Producția și compoziția ei diferă în funcție de metodele folosite, ceea ce influențează valorile ei nutriționale și structura proteinelor, conținutul de grăsime și chiar gustul.

În funcție de gradul și tipul de procesare tehnologică, pot rezulta patru tipuri de concentrat de proteină din zer, care sunt cel mai des folosite în nutriția sportivă pentru producția finală a pulberii proteice pe care o cunoști. Este vorba despre concentratul de zer, izolatul de zer, hidrolizatul de zer, izolatul de zer clar (clear). Pentru a-ți face o idee, pentru producerea a 1 kg de concentrat de zer sub formă de pulbere este nevoie de mai mult de 160 kg de soluție de zer.

Primul pas: separarea zerului din lapte

Producerea proteinei din zer începe cu pasteurizarea laptelui de vacă, pentru a-l elibera de toate bacteriile nedorite. În timpul pasteurizării, laptele este adus la punctul de fierbere (70-80 °C) și apoi imediat răcit la 4°. După pasteurizare, în lapte rămâne aproximativ 20 % proteină din zer și 80 % cazeină.

Un pas esențial în acest proces este utilizarea enzimei chimozină, cunoscută și sub numele de renină, care este esențială pentru producerea majorității tipurilor de brânză. Chimozina are rolul de a coagula, adică de a închega laptele și de a separa astfel particulele solide și lichide de cazeină de partea lichidă a laptelui.

Acțiunea chimozinei se concentrează așadar pe cazeină, mai exact pe varianta ei kappa-cazeină, prezentă pe suprafața micelelor din lapte. Când chimozina rupe anumite legături din kappa-cazeină, are loc o modificare a structurii micelelor, ceea ce duce la aglomerarea proteinelor din lapte, în special a cazeinei, în particule solide. După coagulare se formează particule solide de cazeină, din care se produce brânza, iar acestea se separă de partea lichidă, cunoscută sub numele de zer. Zerul conține proteine din zer, lactoză, vitamine și minerale, și este apoi procesat pentru producerea proteinelor din zer.

Sursă: foodunfolded.com

Al doilea pas: purificarea proteinelor din zer

Următorul pas este procesul de pre-purificare a zerului lichid, în timpul căruia se asigură calitatea și puritatea produsului final. Procesul de pre-purificare include de obicei două faze:

Îndepărtarea grăsimilor și a substanțelor solide: Mai întâi trebuie îndepărtate din zer grăsimile și substanțele solide. Aceasta se face de obicei prin centrifugare sau microfiltrare. Scopul este obținerea unei soluții de zer cât mai pure.

Îndepărtarea lactozei și a mineralelor: Zerul conține o cantitate mare de lactoză și minerale. Pentru producerea proteinei din zer este necesar să se reducă aceste componente, ceea ce se face adesea prin ultrafiltrare. Ultrafiltrarea permite îndepărtarea acestor molecule mici, în timp ce proteinele rămân în soluție.

Sursă: agropur.com

Al treilea pas: concentrarea proteinelor din zer

După îndepărtarea componentelor nedorite, proteinele din zer se concentrează. Acest proces se realizează de obicei prin mai multe metode (sau combinații ale lor), în funcție de cât de pur trebuie să rezulte concentratul de proteină din proces și ce produs urmează să rezulte. Se poate folosi ultrafiltrarea, diafiltrarea, microfiltrarea, nanofiltrarea, electrodializa, osmoza inversă, microfiltrarea cu flux încrucișat (CFM - Cross Flow Microfiltration), schimbul ionic sau hidroliza.

Metodele pot fi folosite și succesiv, de exemplu cu scopul de a reduce cât mai mult procentul rezidual de grăsime din concentrat sau de a păstra cât mai bine integritatea structurii proteinelor. Fiecare dintre metodele de concentrare a proteinelor menționate are avantaje și dezavantaje specifice și este folosită pentru diferite tipuri de produse.

În producția standard a proteinei din zer, folosită pentru nutriția sportivă, în marea majoritate a cazurilor se folosește filtrarea prin membrană (de exemplu ultrafiltrarea, microfiltrarea cu flux încrucișat) pentru producerea concentratului de zer. Dacă în proces este folosită și metoda schimbului ionic, rezultă izolatul de zer. La producerea hidrolizatului de zer, în locul schimbului ionic se alege un proces chimic cunoscut sub numele de hidroliză enzimatică. Producerea proteinei clare combină filtrarea, schimbul ionic și hidroliza.

Rezultatul acestor procese tehnologice este o soluție lichidă de proteine concentrate, care stau la baza produselor pentru

• Concentratul de zer (WPC): Abrevierea WPC este adesea însoțită de numărul 75, 80. Acest număr exprimă conținutul de proteine la 100g de materie primă pură. Procentul de grăsime se situează între 6-8 %.
• Izolatul de zer (WPI) / Izolatul de zer clar: Conținutul de proteine în izolate ajunge de obicei la peste 90%. Conținutul de grăsime se situează în jurul valorii de 1-2 % cu un minim de carbohidrați.
• Hidrolizatul de zer: Conținutul de proteine în hidrolizate se situează între 75-80 % la 100 g de materie primă pură. Au însă cea mai bună biodisponibilitate și cea mai rapidă digestibilitate.

Soluția ajunge apoi la a patra fază, în care are loc uscarea. Dar înainte de a ajunge acolo, să recapitulăm informațiile de bază despre metodele folosite.

Ultrafiltrarea (UF) folosește membrane cu pori mici pentru separarea proteinelor de moleculele mai mici precum lactoza, mineralele și apa. Proteinele, datorită greutății lor moleculare mai mari, rămân pe o parte a membranei, în timp ce moleculele mai mici trec prin ea.

• Avantaje: separare eficientă a proteinelor de componentele mai mici; păstrează proprietățile funcționale și nutriționale ale proteinelor; metodă larg aplicabilă și scalabilă.
• Dezavantaje: risc de înfundare a membranei, ceea ce necesită curățare și întreținere periodică; poate fi costisitoare în cazul unor volume mari sau al soluțiilor foarte concentrate.

Microfiltrarea cu flux încrucișat (Cross-Flow Microfiltration) este o metodă mai avansată tehnologic, iar utilizarea ei asigură o calitate mai ridicată și puritatea produsului final. În timpul procesului, lichidul curge paralel cu suprafața membranei, nu direct prin ea. Astfel se reduce riscul de înfundare a membranei, deoarece particulele mai mari sunt îndepărtate constant de pe suprafața membranei.

• Avantaje: mai puțin predispusă la înfundarea și colmatarea membranei decât filtrarea tradițională; eficientă pentru separarea particulelor mai mari, precum grăsimile și bacteriile; mai bună pentru păstrarea structurii și funcționalității proteinelor.
• Dezavantaje: costuri mai mari pentru echipament și întreținere; mai puțin eficientă pentru separarea proteinelor de moleculele mai mici decât ultrafiltrarea.

Schimbul ionic intervine în proces atunci când rezultatul trebuie să fie izolatul de zer. Este un proces care izolează selectiv componentele proteice specifice. Zerul brut este trecut printr-o coloană, care colectează proteinele și le separă pe baza diferențelor din sarcina lor totală. Restul (lactoza și mineralele) este spălat și procesat ulterior pentru o altă componentă. Schimbul ionic colectează toate proteinele funcționale și nutriționale din zer, inclusiv proteinele bioactive, precum imunoglobulinele și lactoferina. Proteina din zer rezultată are astfel mai puțină grăsime și lactoză decât concentratele de zer și, de asemenea, se dizolvă mai bine.

• Avantaje: foarte selectiv pentru proteine specifice; eficient în îndepărtarea impurităților.
• Dezavantaje: poate denatura unele proteine; necesită condiții specifice pentru fiecare tip de proteină.

Sursă: agropur.com

Hidroliza este un proces biochimic prin care lanțurile lungi de aminoacizi din concentratul de zer se descompun în lanțuri peptidice mai scurte. Hidroliza se realizează cu ajutorul enzimelor, acizilor sau alcalinelor. Hidroliza enzimatică este metoda cel mai des folosită, deoarece este mai specifică și mai blândă cu proteinele.

Durata hidrolizei poate varia și influențează gradul de descompunere a proteinelor și proprietățile produsului final.

• Avantaje: îmbunătățește digestibilitatea și activitatea biologică a proteinelor; reducerea potențialului alergen al unor proteine; permite crearea unor peptide specifice cu proprietăți funcționale țintite.
• Dezavantaje: poate apărea denaturarea (schimbarea structurii) proteinelor, ceea ce influențează proprietățile lor funcționale; procesul de hidroliză poate fi costisitor din cauza necesarului de enzime sau substanțe chimice; posibile modificări de gust și aromă ale produsului final.

O formă de procesare foarte populară este așa-numitul izolat de zer clar (Clear Whey Isolate), care se obține prin acidifierea și purificarea proteinei din zer la pH scăzut. Proteina este apoi adesea hidrolizată pentru a obține o biodisponibilitate mai mare, prin descompunerea și scurtarea legăturilor peptidice. Simplificat spus, ne putem imagina că proteinele sunt „pre-digerate” încă din timpul procesului.

Etapele superioare ale procesului tehnologic au rolul de a elimina aproape complet grăsimile și carbohidrații în exces și de a obține astfel un conținut mai mare de proteine la 100 g de pulbere pură. Scurtarea semnificativă a legăturilor peptidice permite o absorbție mai ușoară a peptidelor de proteine în sânge. Proteina clară. În cazul proteinei clare ai avantajul că nu are gust de lapte și te răcorește excelent.

Ultrafiltrarea și microfiltrarea cu flux încrucișat și schimbul ionic sunt metode fizice, care se concentrează pe separarea proteinelor pe baza mărimii moleculelor. În schimb, hidroliza este un proces chimic, care modifică structura proteinelor în sine. Alegerea metodei depinde de proprietățile dorite ale produsului final și de nevoile specifice ale procesului de producție.

Al patrulea pas: transformarea lichidului în pulbere

Procesul de uscare la producerea concentratului de zer este o etapă esențială, în care forma lichidă a zerului se transformă într-un produs sub formă de pulbere, potrivit pentru depozitare pe termen lung, distribuție ușoară și eventuala procesare ulterioară (de exemplu adăugarea de aromă). Cea mai răspândită și mai folosită metodă este uscarea prin pulverizare (spray drying).

Acest proces tehnologic implică pulverizarea zerului lichid concentrat în aer fierbinte într-o cameră de uscare. Moleculele de apă se evaporă rapid din picăturile de concentrat, formând astfel un produs sub formă de pulbere. Uscarea prin pulverizare permite o evaporare rapidă și eficientă a moleculelor de apă și păstrează calitatea ridicată a proteinelor. Acest proces este sensibil la reglarea termică, de aceea temperatura și umiditatea sunt controlate constant și strict, pentru a evita denaturarea termică a proteinelor.

În faza finală, pulberea este cântărită de o mașină de ambalare automată în saci, cel mai adesea de 25kg, și depozitată. Pentru export, sacii sunt așezați pe paletă și pregătiți pentru transportul către o unitate specializată în aromatizare și reambalare în ambalaje de consum.

Sursă: proteinfactory.com

Al cincilea pas: aromatizare, producție și ambalare

În al cincilea pas are loc procesarea secundară. La intrare avem o pulbere albă, fără aromă, iar la ieșire obținem proteina în forma pe care o cunoaștem - este aromatizată, îndulcită, are culoare și este ambalată în ambalajul de consum, cel mai adesea în pungi sau cutii în diverse gramaje, de la 400-2000 g.

Aromatizare și îndulcire

Aroma ta preferată a proteinei este asigurată fie de arome artificiale, fie de arome naturale, coloranți și îndulcitori. Pentru ca toate componentele să se amestece bine în shaker, este adesea nevoie să se adauge și un lecitin complet inofensiv (cel mai adesea de soia sau de floarea-soarelui). În unele cazuri, în proteine se adaugă și o substanță anti-aglomerare - de exemplu dioxid de siliciu, care previne formarea de cocoloașe sau reduce spumarea în cazul izolatului de zer clar.

Toate componentele de aromatizare se adaugă în proteină într-un anumit raport, în funcție de preferințele departamentului de dezvoltare al brandului, care testează și gustă continuu mostrele în căutarea celui mai bun gust - cel puțin ar trebui să facă asta. Odată ce aroma și solubilitatea sunt satisfăcătoare, începe producția.

Producție și ambalare

Materia primă principală și componentele de aromatizare sunt apoi turnate literalmente într-un așa-numit omogenizator, care poate fi imaginat ca un mixer mare. Rotația în diferite direcții asigură că amestecul rezultat sub formă de pulbere este cu adevărat omogenizat și toate componentele adăugate se amestecă bine cu baza pură de zer. Astfel se asigură că fiecare porție de proteină din ambalaj are același gust, dacă este amestecată cu cantitatea recomandată de apă sau lapte. Din omogenizator, amestecul este apoi ambalat în ambalaje de consum în funcție de gramajul ales. Ulterior, produsul este din nou așezat pe paletă și transportat la depozitul brandului. Din depozit este pregătit conform comenzii online, ambalat și livrat la punctul de ridicare sau acasă la tine, prin serviciul ales de tine.

Sursă: homogenizer.cz

 

Concluzie: alegerea și calitatea proteinelor din zer

Baza marii majorități a proteinelor din zer este concentratul, izolatul, izolatul clar sau hidrolizatul de zer. Această bază este calitativ absolut identică sau foarte asemănătoare. Standardele foarte ridicate pentru producția și calitatea acestor materii prime se aplică la fel pentru toți producătorii de materie primă. Exact din acest motiv, laptele diferitelor branduri are tot un gust asemănător sau foarte asemănător și are o compoziție nutrițională similară.

Motivul este că industria agricolă primară, în special industria lactatelor, și produsele sale sunt unul dintre cele mai importante și cel mai strict controlate sectoare din întreaga Uniune Europeană, iar calitatea produsului final este clar definită și standardizată.

Acest lucru însă nu se aplică procesării secundare în cazul fabricării proteinelor din zer aromatizate, în timpul căreia se adaugă la materia primă de foarte bună calitate ingrediente de aromatizare de diferite calități, adesea inferioare. Este vorba în special de îndulcitori, arome și coloranți artificiali.

---

Surse:

1. Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019) Whey Proteins: From Milk to Medicine ISBN 978-0-12-812124-5
2. Hidroliza proteinelor. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B978008100596521755
3. Cum se fabrică proteina din zer. https://www.agropur.com/us/news/how-whey-protein-is-made
4. Concentrat și izolat de proteină din zer. https://www.spxflow.com/assets/pdf/spx-flow-whey-protein-isolate-concentrate-612-gb.pdf
5. Ce este proteina din zer. 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