Branża Mleczarska 100 Firm

Forum Mleczarskie Handel 3/2021 (105)

dr hab. Małgorzata Ziarno, prof. SGGW, SGGW Warszawa
dr inż. Dorota Zaręba ZSG Warszawa

Białko: Białko serwatkowe

© fm

Mleko krowie zawiera przeciętnie 3,3% białka ogółem, z czego około 82% są to białka kazeiny, zaś pozostałe 18% stanowią białka serwatkowe. W skład białek serwatkowych wchodzą w około 50% ß-laktoglobuliny, w 20% α-laktoalbumina, albumina serum krwi, immunoglobuliny, laktoferyna, transferyna i wiele pomniejszych białek oraz enzymów. Białka, takie jak α-laktoalbumina, ß-laktoglobuliny i albuminy serum krwi, są albuminami i łącznie stanowią 75% wszystkich białek serwatkowych. Z kolei immunoglobuliny są globulinami, białkami o właściwościach odpornościowych. Stanowią około 10% wszystkich białek serwatkowych. Pozostała pula białek serwatkowych, czyli około 15% są to proteazy, peptony, białka enzymów, laktoferyna itp.

Podobnie jak inne główne składniki mleka, każde białko serwatkowe ma swój własny charakterystyczny skład i odmiany. Białka serwatkowe występują jako pojedyncze jednostki rozpuszczone w fazie wodnej mleka i w przeciwieństwie do białek kazeiny pozostają w roztworze wodnym mleka przy pH 4,6. Nie zawierają fosforu, ale za to mają dużą ilość aminokwasów zawierających siarkę. Tworzą one wiązania dwusiarczkowe w białku, powodując że łańcuch ma zwarty kulisty kształt. Wiązania dwusiarczkowe mogą zostać zerwane, co prowadzi do utraty zwartej struktury (potocznie proces ten określa się mianem denaturacji). Denaturacja jest procesem korzystnym w produkcji jogurtów, ponieważ zwiększa ilość wody, którą białka mogą związać w masie jogurtu, co poprawia jego teksturę i zapobiega synerezie serwatki. Zjawisko to jest również wykorzystywane w produkcji wyspecjalizowanych preparatów białek serwatkowych o wyjątkowych właściwościach funkcjonalnych.

Wysoki poziom leucyny, a także wyjątkowy profil trawienia sprawiają, że białka serwatkowe stymulują syntezę białek mięśniowych w większym stopniu niż kazeina i białko sojowe. Niedawno wykazano, że białka serwatkowe mają potencjalny pozytywny wpływ również na tłumienie apetytu i redukcję poziomu cholesterolu. Spożywanie białek serwatkowych zwiększa produkcję glutationu, czyli jednego z najsilniejszych naturalnych przeciwutleniaczy organizmu.

Funkcje wielu białek serwatkowych nie są jasno określone. Dla przykładu, uważa się, że ß-laktoglobulina pełni funkcję nośnika witaminy A. Z kolei α-laktoalbumina pełni kluczową rolę w syntezie laktozy w gruczole sutkowym. Immunoglobuliny odgrywają rolę w układzie odpornościowym zwierząt, ale nie wiadomo, czy tę samą funkcję pełnią u ludzi. Jeśli chodzi o immunoglobuliny, to wyróżnia się trzy główne ich klasy: IgG, IgM i IgA, przy czym w mleku dominują IgG, które stanowią około 80% wszystkich immunoglobulin. Są bardzo ważną grupą białek serwatkowych, bowiem charakteryzują się aktywnością antybakteryjną (uczestniczą w niszczeniu komórek takich bakterii jak Escherichia coli, Clostridium difficile, Shigella flexneri, Streptococcus mutans i Helicobacter pylori). Natomiast laktoferyna i transferyna odgrywają ważną rolę we wchłanianiu żelaza, z czego wynika zainteresowanie nad wykorzystaniem mleka i przetworów mlecznych, jako nośników tego pierwiastka (por. Zaręba D., Ziarno M., 2019. Laktoferyna mleka krowiego jako dodatek do żywności. Forum Mleczarskie Biznes 1/19, 12-14). Zawartość laktoferyny w mleku krowim mieści się w granicach 0,1-0,3 mg/ml.

Białka serwatkowe, podobnie jak i inne białka, mogą ulegać degradacji pod wpływem czynników fizycznych lub biochemicznych. Białka serwatkowe są bardziej wrażliwe na ciepło niż białka kazeiny. Wprawdzie pasteryzacja HTST nie wpływa na ich właściwości odżywcze i funkcjonalne, to już wyższa obróbka termiczna może powodować denaturację ß-laktoglobuliny (dla odmiany, α-laktoalbumina białka serwatki jest bardzo stabilna termicznie). Jak wspomniano wcześniej taka denaturacja jest zaletą w produkcji niektórych przetworów mleczarskich (np. jogurtów) niejednokrotnie jest wykorzystywana w szeroko pojętym przemyśle spożywczym ze względu na zdolność zdenaturowanych białek serwatkowych do wiązania większej ilości wody. Obróbka wysokotemperaturowa powoduje również interakcje między białkami kazeiny i białkami serwatkowymi. Na przykład w wysokiej temperaturze ß-laktoglobulina może tworzyć warstwę otaczającą micele kazeinowe, co utrudnia powstawanie skrzepu podpuszczkowego. Warto nadmienić, że denaturacja powoduje jedynie zmianę struktury fizycznej białek, ale nie wpływa na skład aminokwasów, a tym samym na wartość odżywczą białek serwatkowych. Chociaż wysoka obróbka termiczna, np. bardzo wysoka pasteryzacja, może spowodować pewne uszkodzenia aminokwasów wrażliwych na ciepło i w konsekwencji nieznacznie zmniejszyć wartość odżywczą białek mleka.

Białka mogą ulegać degradacji również pod wpływem światła lub działania enzymów. Główną przyczyną degradacji białek są enzymy określane proteazami. Proteazy stwierdzane w mleku pochodzą z kilku źródeł: naturalnego (samego mleka), bakteryjnego (mikroflora zanieczyszczająca lub kwasząca), bakterii lub z komórek somatycznych. W niektórych przypadkach działanie proteaz może być pożądane (np. w przypadku produkcji serów dojrzewających), wówczas dobiera się bakterie kwaszące o pożądanych właściwościach proteolitycznych. Najważniejszą proteazą w mleku do produkcji sera jest plazmina, ponieważ powoduje ona proteolizę podczas dojrzewania, co prowadzi do osiągnięcia pożądanego smaku i tekstury sera. Z kolei niepożądana proteoliza skutkuje otrzymaniem mleka o nieprzyjemnym smaku i złej jakości. Przykładem jest niekorzystna aktywność plazminy w mleku UHT. Wskutek aktywności plazminy, w mleku UHT zaledwie w parę godzin może powstać skrzep. Plazmina jest proteinazą serynową należącą do klasy hydrolaz (katalizuje rozpad cząsteczek chemicznych z udziałem cząsteczek wody). W mleku enzym uczestniczy w rozpadzie wiązań peptydowych w cząsteczkach kazeiny, co skutkuje pojawieniem się skrzepu, najpierw w postaci drobnych kuleczek na dnie naczynia, a następnie w całej objętości mleka. Skrzep ma miękką, luźną strukturę, a po paru godzinach upłynnia się. Towarzyszy temu gorzki smak, będący efektem uwolnienia z kazeiny gorzkich niskocząsteczkowych peptydów. Oprócz zmian organoleptycznych i tworzenia żelu, plazmina wywołuje również niekorzystne zmiany fizykochemiczne, m.in. zmienia lepkość i stabilność termiczną białek mleka UHT.

Wysoka zawartość białka i niska zawartość tłuszczu w koncentratach białek serwatkowych sprawiają, że są one szczególnie odpowiednie do wzbogacania żywności w wysokiej jakości białko (dodatek do żywności dla niemowląt, sportowców, dzieci i osób starszych, osób odchudzających się, dla pacjentów cierpiących na hiperlipoproteinemię, choroby wątroby, pęcherzyka żółciowego lub cukrzycę).

Dwa aminokwasy obecne w białkach serwatkowych, metionina i cystyna, są wrażliwe na światło i mogą ulec degradacji pod jego wpływem. Powoduje to nieprzyjemny posmak w mleku i utratę wartości odżywczej tych dwóch aminokwasów.

Bez wątpienia jednym z największych walorów białek serwatkowych jest ich wartość odżywcza, coraz bardziej doceniana przez konsumentów. Białka serwatkowe są wyjątkowej jakości. Zawierają, w różnych ilościach, ale we właściwej proporcji, wszystkie niezbędne aminokwasy wymagane w diecie człowieka (w tym szczególnie cenne aminokwasy siarkowe). Białka serwatkowe, choć obecne w małych ilościach, są łatwo trawione i całkowicie przyswajalne. Bez wątpienia należą do najcenniejszych składników serwatki. Mają najwyższy poziom BCAA (czyli aminokwasów rozgałęzionych, w tym leucyny), które są uznawane za kluczowe w stymulowaniu syntezy białek mięśniowych, a zatem pozytywnie wpływają na budowę i utrzymanie tkanki mięśniowej, wzmacniają działanie układu odpornościowego, a także pomagają w kontrolowaniu poziomu cukru we krwi.

Białka serwatkowe od dawna są znane, jako wysokiej jakości składnik żywności przeznaczonej dla sportowców. Obecnie ich znaczenie jest doceniane w jeszcze szerszym gronie konsumentów, co przekłada się na nowe możliwości dla producentów żywności i zastosowanie białek serwatkowych w wielu segmentach produkcji żywności funkcjonalnej i suplementów diety.

Preparaty białek serwatkowych

Wysoka wartość żywieniowa białek serwatkowych jest wytłumaczeniem, skąd wynika tak znaczne zainteresowanie przerobem serwatki w kierunku otrzymywania preparatów białek serwatkowych: serwatki zagęszczonej, serwatki w proszku, koncentratów białek serwatkowych (WPC) oraz izolatów białek serwatkowych (WPI).

Serwatka zagęszczona zawiera składniki serwatki w bardziej skoncentrowanej formie. W tej postaci serwatka jest tanim źródłem wysokiej jakości białek, chociaż obecnie już bardzo rzadko wykorzystywanym w przemyśle spożywczym.

Serwatka w proszku zawiera stosunkowo wysokie stężenie wszystkich jej składników, gdyż powstaje w procesie odparowania wody z płynnej serwatki. Podczas etapu suszenia wysoka temperatura powoduje denaturację białek serwatkowych, niszcząc niektóre związki bioaktywne i aminokwasy, takie jak cystyna. Kwaśna serwatka w proszku (otrzymywana przez wysuszenie serwatki pozostałej po produkcji serów kwasowych) zawiera ok. 65% laktozy, 12% białka, 6% kwasu mlekowego, 2,5% wody i znaczne ilości wapnia (większość wapnia, który pierwotnie występował w mleku). Ponadto kwaśna serwatka w proszku zawiera kompleks wit. z grupy B oraz naturalne składniki smakowe takie jak diacetyl. Serwatka w proszku znajduje zastosowanie głównie w przemyśle piekarskim i cukierniczym, w produkcji lodów, deserów, różnych wypieków, zup w proszku, ale też jako dodatek recepturowy do serów topionych. Produkowana jest również zdemineralizowana serwatka w proszku (o 90% stopniu demineralizacji) o niskiej zawartości stężenia sodu, potasu i chlorków, za to o wysokiej zawartości laktozy i białka. Taka serwatka jest szczególnie odpowiednia do produkcji preparatów dla niemowląt.

Bogoni Balance Food Protein Drink świetnie sprawdza się przed i po treningach oraz między posiłkami. Zapewnia mięśniom kompletne białko, a całemu organizmowi żywe kultury bakterii probiotycznych. Naturalne wsady owocowe i enzymatycznie rozłożona laktoza to kolejne walory produktów tej marki. Delikatny proces technologiczny ultrafiltracji serwatki „na zimno” oferuje niezdenaturowane, skoncentrowane białka serwatkowe. Sportowcy i osoby aktywne potrzebują znacznie więcej białek serwatkowych niż osoby prowadzące siedzący tryb życia, aby pomóc w budowie i regeneracji mięśni. Aktywna mikrobiologicznie flora bakteryjna o potwierdzonych cechach probiotycznych, wpływa dodatkowo na właściwości prozdrowotne produktów.

Koncentraty białek serwatkowych (WPC) zawierają 30-85% białek serwatkowych. Są otrzymywane metodą usuwania składników niebiałkowych z pasteryzowanej serwatki, współcześnie z wykorzystaniem procesu niskotemperaturowej ultrafiltracji. Posiadają doskonałe właściwości żelujące, emulgujące i wiążące wodę. Oprócz właściwości funkcjonalnych WPC poprawiają właściwości odżywcze produktów żywnościowych (wartość żywieniowa koncentratów białek serwatkowych jest zbliżona do wartości białka jaja kurzego, co oznacza, że jest większa niż mleka w proszku, kazeinianów i białczanów). WPC są doskonałym zamiennikiem odtłuszczonego mleka w proszku, a ponieważ są neutralne w smaku, znajdują wykorzystywanie w produkcji koncentratów spożywczych, deserów mrożonych, mlecznych napojów fermentowanych i innych napojów, a także jako dodatek recepturowy do wędlin.

Izolaty białek serwatkowych (WPI) zawierają 90-98% białka, zaś ilość laktozy i tłuszczu jest bardzo mała (wynosi maksymalnie do 3%), co jest efektem zaawansowanego sposobu przetwarzania serwatki. Jest to doskonałe źródło związków bioaktywnych, w tym leucyny, metioniny i cystyny. WPI mają najwyższą wartość biologiczną spośród wszystkich znanych białek – zawartość niezbędnych aminokwasów w WPI jest większa niż w białku referencyjnym FAO. To dlatego WPI znajdują wykorzystanie w produkcji wysokobiałkowych odżywek, głównie rekomendowanych kulturystom i rekonwalescentom.

Hydrolizaty białek serwatkowych znajdują zastosowanie w produkcji wysokowartościowych specjalistycznych preparatów żywieniowych, takich jak preparaty do karmienia dojelitowego lub przez zgłębnik żołądkowy, a także inne specjalne suplementy diety. W produkcji hydrolizatów białek dąży się do przekształcenia białek w peptydy (złożone z dwóch do pięciu aminokwasów), z zawartością wolnych aminokwasów i bez większych peptydów.

Inną ciekawą propozycją jest Bogoni Balance Food Energy Drink. To napój na bazie naturalnego napoju serwatkowego o walorach izotonicznych. Z serwatki pochodzącej z wyrobu serów usuwa się białka, a pozostawia pozostałe składniki bioaktywne: wit. z grupy B, wit. D i E oraz cenne mikro- i makroelementy tj. potas, magnez, wapń. Dawka energetyczna zapewniona jest dzięki wyciągowi z herbaty yerba mate, który zawiera naturalny składnik pobudzający – mateinę, działający łagodnie na organizm. Produkt nie zawiera konserwantów, a jego właściwości energetyzujące pochodzą od odpowiednio zestawionych składników bioaktywnych. W odróżnieniu od zdecydowanej większości napojów energetycznych Bogoni Balance Food Energy Drink jest w 100% produktem na bazie składników pochodzenia naturalnego. Nie odwadnia organizmu jak większość energetyków, lecz utrzymuje równowagę wodno-elektrolitową. Yerba mate zawiera witaminy ( A, B1, B2, C, E) i minerały (magnez, sód, potas, żelazo, miedź, siarka, mangan, fosfor, krzem). Jest bogata w alkaloidy: teobrominę, teofilinę i kofeinę (tutaj zwaną mateiną). Posiada właściwości antybakteryjne i przeciwgrzybiczne. Według ostatnich badań zawiera aż 10 razy więcej antyoksydantów niż zielona herbata.

Mikropartykułowane białka serwatkowe

Jak wspomniano wcześniej białka serwatkowe mają niską stabilność termiczną, co ogranicza ich wykorzystanie technologiczne, w produkcji napojów funkcjonalnych. Zaawansowaną technologią zastosowaną do rozwiązania tego problemu jest mikropartykulacja białek, która polega na ich termiczno-mechanicznej obróbce prowadzącej do zmniejszenia ich wielkości. Rozmiar mikropartykułowanych cząstek białek serwatkowych wynosi od 0,1 do 3 µm. Wielkość mikrocząstek białek serwatkowych ma decydujące znaczenie dla właściwości sensorycznych i możliwości zastosowania tych produktów w żywności. Zależnie od warunków przetwarzania możliwe jest wytwarzanie mikropartykułowanych białek serwatkowych o kształcie kulistym, o wysokiej kremistości i zdolności do wiązania wody, które mogą być stosowane jako zamiennik tłuszczu doskonale nadając przyjemne uczucie pełności w ustach. Mały rozmiar cząstek białek ma kluczowe znaczenie dla otrzymywania stabilnych zawiesin w napojach, bez efektu sedymentacji. Badania dowodzą, że mikropartykułowane białka serwatkowe o rozmiarze cząstek 0,1-3,0 µm są odbierane w roztworze wodnym jako gładkie, a jednocześnie nadające wrażenie pełności. Powstałe cząsteczki białek wykazują ograniczone wzajemne oddziaływania, ponieważ liczba wolnych grup tiolowych, które zwykle uczestniczą w tworzeniu większych agregatów, jest znacznie zmniejszona. To umożliwia stabilne zachowanie białek serwatkowych podczas ich ogrzewania w wysokiej temperaturze (np. podczas sterylizacji UHT) i umożliwia ich stosowanie jako składników w wysokich stężeniach bez niekorzystnych skutków podczas przetwarzania czy magazynowania.

Koncentraty mikropartykułowanych białek serwatkowych (np. mikropartykułowany koncentrat białek serwatkowych MP-WPC) są produkowane z serwatki otrzymanej po produkcji serów podpuszczkowych, którą wstępnie zagęszcza się techniką ultrafiltracji. W wersji mikropartykułowanej mogą być produkowane również preparaty poszczególnych białek serwatkowych, np. β-laktoglobuliny i α-laktalbuminy, cechujących się różnymi właściwościami funkcjonalnymi.

Podczas procesu mikropartykułowania istotne jest, aby białka serwatkowe zachowały swoje właściwości odżywcze. Badania dowodzą, że białka serwatkowe w postaci mikrocząstek mają taki sam skład aminokwasowy i strawność jak zwykłe białka serwatkowe. A zatem preparaty mikropartykułowanych białek serwatkowych dostarczają pełnej wartości odżywczej standardowego preparatu białek serwatkowych, ale jednocześnie dają nowe korzyści np. wysoką stabilność termiczną (bez żelowania lub sedymentacji), szczególnie po przedłużonym okresie przechowywania w temperaturze pokojowej. Warto nadmienić, że preparaty mikropartykułowanych białek serwatkowych są już nie tylko doskonałym źródłem cennego żywieniowo białka, ale również mogą być wykorzystywane jako dodatek kreujący zupełnie nowe funkcje technologiczne. Dla przykładu wykazano, że koncentraty mikropartykułowanych białek serwatkowych są dobrym zamiennikiem tłuszczu w lodach mlecznych. W napojach mikropartykułowane cząsteczki białek serwatkowych nie mają zdolności do tworzenia większych agregatów i pozostają obojętne w fazie wodnej, co pozwala na dodanie większej ilości białka do produktów, bez ryzyka pogorszenia tekstury.

copyright
Nathusius Investments Sp. z o.o. © 2008-2021
02-920 Warszawa
ul. Powsińska 23/6
tel.: 22 642 43 12, fax: 22 642 36 25

Serwis www.forummleczarskie.pl wykorzystuje ciasteczka (ang. cookies) w celu gromadzenia informacji, które pozwalają lepiej adaptować stronę do potrzeb i preferencji Czytelników oraz budować statystyki dotyczące oglądalności. Cookies można wyłączyć w każdej chwili w ustawieniach przeglądarki internetowej. Brak takiej zmiany oznacza możliwość zapisu w pamięci urządzenia. Więcej informacji znajdą Państwo w Polityce prywatności. Zamknij