Kwaśna serwatka – nowe kierunki wykorzystania i korzyści zdrowotne
Serwatka kwaśna, produkt uboczny powstający głównie przy produkcji serów koagulowanych kwasem (twaróg, ricotta) oraz jogurtu greckiego, stanowi bogate źródło składników odżywczych. Chociaż tradycyjnie postrzegana dotąd była jako produkt uboczny o niskiej wartości użytkowej, w ostatnich latach obserwuje się wzrost zainteresowania jej potencjałem w różnych dziedzinach. Niniejszy artykuł skupia się na kwaśnej serwatce, analizując nowe kierunki jej wykorzystania, a także korzyści zdrowotne. Przedstawiamy szczegółową charakterystykę tego produktu ubocznego, uwzględniając jego skład, właściwości i różnice w stosunku do serwatki słodkiej (tzn. serwatki podpuszczkowej). Ponadto omawiamy wyzwania związane z zagospodarowaniem kwaśnej serwatki oraz innowacyjne rozwiązania, które mogą przyczynić się do jej zrównoważonego wykorzystania.
Opracowanie nowych kierunków wykorzystania serwatki kwaśnej jest kluczowe dla zrównoważonego rozwoju przemysłu mleczarskiego. Pozwoli na zmniejszenie ilości odpadów, ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko i stworzenie nowych możliwości biznesowych.
Istnieją nieodłączne wyzwania dotyczące stosowania serwatki kwaśnej ze względu na jej skład. Źródła literaturowe podają, że serwatka kwasowa ma wysokie biologiczne zapotrzebowanie na tlen, wahające się od 52 400 do 62 400 mg/l w przypadku serwatki kwaśnej z jogurtu greckiego i 31 900 do 40 000 mg/l w przypadku serwatki kwaśnej z twarogu, co utrudnia jej usuwanie do środowiska bez kosztownej neutralizacji i z poważnymi negatywnymi skutkami dla otaczających ekosystemów. Dodatkowo ze względu na wysoką zawartość kwasu mlekowego i niskie pH trudno jest suszyć serwatkę kwaśną metodą rozpyłową, gdyż większość laktozy ulega przemianie do struktury krystalicznej. Podobnie wysoka zawartość fosforanu wapnia w kwaśnej serwatce powoduje nadmierne zanieczyszczanie sprzętu. Przez to serwatkę kwaśną można suszyć rozpyłowo po jej zneutralizowaniu lub zastosowaniu dodatków technologicznych, co znacznie podnosi koszty procesu.
Skład kwasowej serwatki
Generalnie na podstawie warunków przetwarzania wyróżnia się serwatkę kwaśną oraz serwatkę słodką. Serwatka słodka (tzw. podpuszczkowa) jest produktem ubocznym produkcji serów podpuszczkowych. Ma ona wyższe pH i zawiera więcej popiołu i białek niż serwatka kwaśna. Serwatka kwaśna jest produktem ubocznym produkcji twarogu oraz serów koagulowanych kwasem (ricotta i inne). Ma ona niższe pH i zawiera mniej białek niż serwatka słodka. Serwatka kwaśna ma kwaśny odczyn (pH około 4,6) i zielonożółty kolor, który wynika z obecności ryboflawiny (witamina B2). Może zawierać do 16 razy więcej kwasu mlekowego niż serwatka słodka. Zawiera około 93% wody i 7% suchej masy, która składa się z białek, laktozy, minerałów i innych składników (tabela 1). Do najczęściej występujących w serwatce kwaśnej białek serwatkowych zalicza się między innymi β-laktoglobulinę, α-laktoalbuminę, laktoferynę, immunoglobuliny, albuminę surowicy bydlęcej i lizozym.
Zawartość lipidów jest na ogół taka sama, ponieważ obie serwatki są zazwyczaj produkowane z mleka odtłuszczonego. Serwatka kwaśna różni się od serwatki słodkiej także składem mineralnym – ta pierwsza zawiera znacznie więcej wapnia, fosforu, cynku i miedzi. Tymczasem pod względem zawartości potasu, glinu, magnezu, manganu, sodu i boru serwatki słodka i kwaśna nie różnią się znacząco. Średnia zawartość procentowa wapnia i fosforu w serwatce kwaśnej (w suchej masie) wynosi odpowiednio 1,12% i 1,78%.
Skład serwatki kwaśnej zależy od kilku czynników, takich jak źródło mleka, rodzaj przetwarzanego sera lub jogurtu, obróbka termiczna mleka, przechowywanie po udoju i inne. Nawet kwaśna serwatka zebrana z tego samego źródła w identycznych warunkach przetwarzania może mieć różną zawartość białek w zależności od pory roku. Z tego wynika, że serwatka kwaśna otrzymana z produkcji jogurtu greckiego i ta otrzymana z produkcji twarogu różnią się składem. Ogólnie rzecz biorąc, pierwsza ma niższą zawartość popiołu, substancji suchej ogółem, laktozy i kwasu mlekowego, a co za tym idzie ma wyższą kwasowość niż serwatka kwaśna otrzymana z produkcji twarogu, podczas gdy ta druga ma zazwyczaj wyższą zawartość białek.
Kierunki wykorzystania serwatki kwaśnej
Wraz ze zwiększaniem skali produkcji jogurtu greckiego i twarogów na przemysł mleczarski wywierana jest presja, aby opracowywać innowacyjne metody zagospodarowania kwaśnej serwatki w zrównoważony sposób. Wcześniej serwatka kwaśna była traktowana jako produkt uboczny o niskiej wartości aplikacyjnej. Przemysł mleczarski od dawna szukał zrównoważonego pod względem ekonomicznym i środowiskowym zastosowania serwatki kwaśnej. Wyzwania związane z utylizacją kwaśnej serwatki komplikują jej waloryzację i potrzebne są dalsze badania nad potencjalnymi zastosowaniami tego wartościowego produktu ubocznego. Dzięki nowoczesnej technologii rośnie świadomość, że serwatka kwaśna może być cennym źródłem składników surowcowych do produkcji innowacyjnych wyrobów mlecznych, zawierającym funkcjonalne białka i peptydy, laktozę, lipidy, witaminy i minerały. Z tego powodu w ostatnich latach obserwuje się zwiększenie zainteresowania wykorzystaniem serwatki kwaśnej w różnych dziedzinach.
Najczęstszym zastosowaniem serwatki kwasowej jest nawożenie pól uprawnych. Można ją wykorzystywać jako nawóz, który dodaje się bezpośrednio do gleby lub miesza z obornikiem przed zastosowaniem. Jednakże podczas stosowania do gleby należy ściśle monitorować warunki glebowe, skład składników odżywczych, dawkę stosowania i pH serwatki kwaśnej. Trzeba jednak mieć na względzie fakt, że takie zastosowanie kwaśnej serwatki jest ograniczone, gdyż istnieje znaczne ryzyko przedostania się jej do wód gruntowych bez rozłożenia.
Innym powszechnym zastosowaniem serwatki kwasowej jest wykorzystywanie jej jako składnika pasz dla zwierząt. Można mieszać ją z kiszonką i podawać zwierzętom. Jednakże do paszy dla zwierząt można dodać tylko określoną limitowaną ilość serwatki ze względu na ryzyko nadpodaży soli mineralnych i tym samym zatrucia organizmów.
Serwatkę kwasową można również poddać rozkładowi beztlenowemu na paliwo palne, takie jak metan, który z kolei można wykorzystać jako źródło energii.
W ostatnich latach świadome ekologicznie firmy mleczarskie pracowały nad opracowaniem zrównoważonego rozwiązania w zakresie wykorzystania serwatki kwaśnej (tabela 2). Wysiłki te obejmują zarówno izolowanie cennych składników z serwatki, jak i jej filtrowanie. Przede wszystkim zakłady starają się wstępnie zagęścić serwatkę kwaśną, co obniża koszty transportu serwatki, zamiast wprost wysyłać ją prosto do gospodarstw rolnych. Odzyskana woda jest następnie przetwarzana i ponownie wykorzystywana. Wykorzystanie kwaśnej serwatki do hodowli mikroorganizmów staje się kolejną alternatywą, ponieważ nie tylko zmniejsza biologiczne zapotrzebowanie tlenu w kwaśnej serwatce o 90–95%, ale także wytwarza bioskładniki o wartości dodanej dla przemysłu spożywczego.
Korzyści prozdrowotne serwatki kwaśnej
Wiadomo, że białka, lipidy, laktoza i cząsteczki bioaktywne pochodzące z serwatki mają potencjał biotechnologiczny i są obiecujące do zastosowania w sektorze zdrowia. Serwatka kwaśna jest bogatym źródłem składników odżywczych i posiada szereg właściwości prozdrowotnych. Poszerzając jej zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, możemy czerpać z tego korzyści. W ostatnich latach frakcje serwatkowe zyskały znaczną uwagę ze względu na swoje zalety w zakresie różnorodnych prozdrowotnych zastosowań.
WPC (koncentrat białka serwatkowego) i WPI (izolat białka serwatkowego) to dwa popularne rodzaje preparatów białek serwatkowych. WPC zawierają 60–80% białka, zaś WPI – 85–95% białka. Oprócz WPC i WPI istnieje również hydrolizat białka serwatkowego (WPH), który jest jeszcze bardziej oczyszczoną formą białek serwatkowych. Zarówno WPC, jak i WPI mogą być produkowane z serwatki kwaśnej. Bioaktywność białek serwatkowych, kluczowych składników serwatki kwaśnej, wiąże się z ich strukturą i funkcjami. Mogą działać jako całe cząsteczki lub ulegać hydrolizie do peptydów o różnych właściwościach. Dla przykładu α-laktoalbumina (α-LA) stanowi 13–19% białek serwatkowych, zawiera niezbędne aminokwasy, wspomaga odporność i trawienie u niemowląt, uwalnia peptydy o działaniu antybakteryjnym i prebiotycznym u osób dorosłych, wzmacnia również mięśnie szkieletowe. Z kolei laktoferyna (LF) stanowi 1–2% białek serwatkowych, działa przeciwbakteryjnie i przeciwwirusowo, wspomaga funkcje mózgu (pamięć, uczenie się), zwiększa bilans energetyczny i metabolizm, wspomaga odchudzanie. Źródła literaturowe podają, że laktoferycyna, mały kationowy peptyd powstający z LF, wykazuje jeszcze silniejsze działanie przeciwdrobnoustrojowe niż LF.
Serwatka kwaśna, choć uboga w lipidy, jest bogatym źródłem fosfolipidów mlecznych (do 5 razy więcej niż w słodkiej serwatce). Fosfolipidy te mają wiele zalet dla zdrowia, m.in. wspomagają rozwój neuronów i bariery jelitowej, regulują gospodarkę cholesterolu i lipidów, działają przeciwzapalnie, poprawiają stan skóry i wspomagają walkę z rakiem. Sfingomielina, kluczowy składnik fosfolipidów mlecznych, odgrywa ważną rolę w sygnalizacji neuronalnej, mielinizacji neuronów, a także zapobieganiu chorobom neurodegeneracyjnym. Fosfolipidy mleczne wpływają również na wzmocnienie bariery jelitowej, poprawę mikroflory jelitowej oraz wzrost odporności błony śluzowej. Brak kazeiny w serwatce kwaśnej ułatwia oczyszczanie fosfolipidów mlecznych. Ciągle badania potwierdzają szerokie spektrum prozdrowotnych właściwości fosfolipidów mlecznych.
W serwatce kwaśnej można znaleźć wiele kwasów organicznych, np. kwas orotowy, cytrynowy, pirogronowy, mlekowy, moczowy, mrówkowy, octowy, propionowy i hipurowy. Jednak jednym z najbardziej charakterystycznych składników serwatki kwaśnej jest kwas mlekowy. Chociaż utrudnia suszenie rozpyłowe, ma wiele zalet: wzmacnia wydzielanie śliny i wchłanianie wapnia, wpływa na smak i trwałość żywności, zmniejsza lipolizę w tkance tłuszczowej, działa przeciwzapalnie, stymuluje migrację komórek śródbłonka, hamuje apoptozę komórek rozrodczych, łagodzi zaburzenia poznawcze oraz poprawia metabolizm energetyczny mózgu. Kwas mlekowy wykazuje szerokie spektrum właściwości prozdrowotnych, co czyni go cennym składnikiem serwatki kwaśnej.
Podsumowanie
Kwaśna serwatka posiada duży potencjał, który nie został jeszcze w pełni wykorzystany. Wynika to z jej różnorodnego składu i właściwości, które są odmienne w zależności od rodzaju sera, z którego pochodzi. Dwa kluczowe kroki do komercjalizacji kwaśnej serwatki obejmują lepsze zrozumienie jej składu i właściwości – zarówno całej matrycy, jak i poszczególnych składników – a także opracowanie metod pomiaru przydatności kwaśnych składników serwatki.
Waloryzacja kwaśnej serwatki wymaga innego podejścia niż w przypadku serwatki słodkiej. Doświadczenia z komercjalizacji białek serwatkowych ze słodkiej serwatki pokazują, jak ważne jest uwzględnienie wpływu strategii waloryzacji na środowisko. Oczywiście optymalne wykorzystanie kwaśnej serwatki wymaga dalszych badań nad jej składnikami, nowymi procesami technologicznymi oraz wpływem na odżywianie i zdrowie człowieka. Pozwoli to na stworzenie dodatkowej wartości dla przemysłu mleczarskiego.
