Białka: Techniki membranowe w przetwórstwie białek
Techniki membranowe w przetwórstwie białek w przemyśle spożywczym to przede wszystkim wykorzystanie sposobów mikrofiltracji w procesach separacji białek mleka i obróbki serwatki. Technika mikrofiltracji może w sposób znaczący przyczynić się do poprawy jakości mleka czy proszku serwatkowego w wyniku znaczącej redukcji bakterii i zarodników. Istotnym atutem jest także fakt, że obróbka cieplna może w takiej sytuacji zostać ograniczona do niezbędnego minimum, co ma istotne znaczenie w zachowaniu właściwości funkcjonalnych białek serwatkowych w proszku.
Obróbka wstępna odtłuszczonego mleka metodą mikrofiltracji może podlegać modyfikacjom. Techniki membranowe służą także do przeprowadzania procesu standaryzacji kazeiny w mleku serowarskim, które następnie trafia do produkcji sera – zachowanie kontroli procesu, jakości i spójności procesu na każdym jego etapie ma swoiste znaczenie dla serowarni, a dzięki mikrofiltracji możliwe jest standaryzowanie stężenia kazeiny w mleku serowarskim celem uzyskania pożądanego stosunku kazeiny do tłuszczu.
W wyniku przeprowadzenia procesu rozdziału białek mleka można otrzymać kazeinę i białka serwatkowe, z kolei frakcjonowana kazeina może zostać przekierowana do produkowania kazeiny wysokiej jakości oraz do wytwarzania kazeinianów i produktów mlecznych bogatych w kazeinę. Permeat będzie zawierał białka serwatkowe w stanie niezmienionym przez wpływ obróbki cieplnej. W kolejnym kroku możliwe jest przekierowanie do produkcji wysokiej jakości koncentratów białka serwatkowego (WPC – ang. Whey Protein Concentrate) czy izolatów białka serwatkowego (WPI – ang. Whey Protein Isolate).
Istotnym ograniczeniem w produkcji izolatów białka takich jak izolat białka mleka (MPI – ang. Milk Protein Isolate) lub izolatu białka serwatkowego jest zawartość tłuszczu, gdyż wymogi produkcyjne stanowią o 90-procentowej zawartości białka w suchej masie, zaś sam tłuszcz mleczny jest wysoko skoncentrowany i niezbędne jest jego usunięcie, aby osiągnąć pożądaną końcową zawartość białka. Kolejną kluczową sprawą jest ochrona produkcji przed zakażeniem mikrobiologicznym. Przykładowo mikroorganizmy takie jak drożdże, pleśnie, gronkowce czy bakterie Listeria są zdolne do wzrostu i rozwoju nawet w 20-procentowym roztworze soli, zatem konieczne jest, aby sama solanka także była poddana skutecznej sanityzacji.
Zastosowanie mikrofiltracji do obróbki solanki może okazać się skutecznym sposobem na walkę z obniżeniem zawartości mikroorganizmów; podobnie rzecz się ma w przypadku poddawaniu procesowi mikrofiltracji membranowej mleka. Dzięki temu w produkcie znika zapach i smak charakterystyczny dla produktów poddawanych procesowi UHT.
Jak widać na powyższym przykładzie, wprowadzenie technik membranowych do sektora mleczarskiego przyczyniło się do zmiany sposobu produkcji niektórych wyrobów, zaowocowało zauważalną poprawą jakości, a nawet umożliwiło projektowanie składu nowych propozycji produktowych. Co więcej, znacząco zwiększyło wydajność procesów z przełożeniem na wzrost ich rentowności, co ma kluczowe znaczenie dla ekonomicznych i finansowych aspektów prowadzenia zakładów produkcyjnych.
Procesy membranowe zyskały uznanie na arenie międzynarodowej nie tylko w kontekście wytwarzania nowych produktów czy modyfikowania dotychczasowych, istniejących już propozycji. Stały się również bardzo skutecznym narzędziem, które w sposób jednoznacznie pozytywny pozwoliło na wyraźną poprawę bezpieczeństwa oraz higieny pod względem sanitarnym i mikrobiologicznym, ograniczając tym samym skalę zastosowania obróbki cieplnej mleka.
W sytuacji gdy obróbka cieplna zostaje zastąpiona inną techniką, nieocenione są zalety płynące z zachowania całości bądź nieznacznie naruszonych wartości odżywczych, delikatnych białek, bioaktywnych składników mleka w produktach takich jak sery, proszki mleczne, mleko, fermentowane produkty mleczne itp. Co ciekawe, techniki mikrofiltracji mogą stać się pewnego rodzaju alternatywnym wyborem dla procesu homogenizacji ze względu na to, że mikrofiltracja nie uszkadza struktur kuleczek tłuszczu mlecznego przy określonych parametrach, właściwościach i rodzaju użytej membrany.
W przemyśle mleczarskim oprócz metod mikrofiltracji membranowej stosowane są także techniki nanofiltracji. Wykorzystuje się je w prowadzeniu procesów demineralizacji i zagęszczania strumieni serwatki słodkiej przed poddaniem jej suszeniu rozpyłowemu. Metoda ta stanowi niejako alternatywne rozwiązanie celem redukcji ilości soli i zagęszczania białek w jednym etapie. Co prawda nanofiltracja zmniejsza zużycie energii, jednak prowadzi do jedynie częściowej demineralizacji. Nanofiltracyjne membrany, które znajdują zastosowanie w przemyśle mleczarskim, cechuje wysoka przepuszczalność dla jednowartościowych soli, a także bardzo niska przepuszczalność dla związków organicznych. Po osiągnięciu efektu zagęszczenia serwatki suszy się ją metodą rozpyłową. Należy jednak podkreślić, że skład serwatki nie pozostaje bez znaczenia dla jakości prowadzonego procesu. Otóż wysokie stężenia mleczanu pod postacią kwasu mlekowego czy też zdysocjowanych jonów mleczanowych są odpowiedzialne za zwiększenie lepkości proszku. To z kolei negatywnie odbija się na prowadzeniu procesu suszenia ze względu na tendencję do tworzenia aglomeratów cząsteczek serwatki. Zastosowanie nanofiltracji zmniejsza niepożądane zjawiska.
Ze względu na wysoką zawartość białka i witamin serwatka może być stosowana jako dodatek do żywności dla niemowląt, produktów serowych i innych wyrobów. Warto jednak pamiętać, że sole mineralne wpływają na jej smak oraz funkcjonalność, a także na wartość produktów serwatkowych. Procesy frakcjonowania białek serwatkowych stają się coraz istotniejszymi zagadnieniami w przemyśle spożywczym i nie tylko.
Stale rosnące zainteresowanie wiąże się z korzyściami zdrowotnymi tych związków i ich właściwościami fizykochemicznymi. Do pożądanych właściwości zaliczyć można takie cechy jak żelowanie, zagęszczanie i pienienie w żywności. Jeśli chodzi o skład serwatki, to dwoma głównymi białkami serwatkowymi są α-laktoglobulina i α-laktoalbumina. Ponadto w serwatce znajdują się także takie składniki, jak immunoglobuliny, albuminy surowicy i laktoferyna. α-laktoalbumina znajduje zastosowanie w mleku modyfikowanym dla niemowląt, sprawdza się także jako dodatek odżywczy. α-laktoglobulina z kolei ma właściwości emulgujące i spieniające. Immunoglobuliny, albuminy surowicy i laktoferyna stanowią zaś przedmiot zainteresowania w zastosowaniach m.in. spożywczych, o czym opowiemy przy innej okazji.
