О сыворотке, технологиях получения и фильтрации

Очень важную роль в белковом продукте играет сама технология его получения и метод фильтрации белка. Дело в том, что прежде, чем принять вид порошка и рассыпаться по банкам и пакетам, сырьё продукта проходит сложные этапы отделения микроэлементов и бактерий от самого белка. Например, самый распространённый нынче белок – сывороточный - извлекается в основном из сыра (!). Сыр образуется в результате отделения части основных элементов молока, а именно жира, а также большей части белка - казеина – от жидкости. Эта жидкость, остающаяся после отделения, и называется сывороткой. Сухая масса составляет в ней около 6 процентов. Это значит, что половина основных элементов молока остается в сыворотке. Из всех групп элементов, необходимых для питания, в ней не хватает только жиров. Сыворотка является побочным продуктом при производстве сыра, творога и казеина. Она образуется в результате осаждения казеина в нормальном или сепарированном (снятом) молоке и следующего за ним отделения осажденного казеина вместе с частицами жира. В среднем, на каждую тонну сыра приходится примерно восемь тонн сыворотки. Раньше для молокозаводов сыворотка не представляла особой ценности, в результате чего её часто буквально сливали в реки и океаны (в Австралии была построена целая трубопроводная система для слива сыворотки прямо в океан). Из-за угрозы экологии многие производители стали пересматривать своё отношение к сыворотке. В конце 60-х годов принялись выпускать на полки магазинов сывороточные продукты, содержащие 11% белка и 72% лактозы (товар был ужасен на вкус и имел жёлтый цвет). Постепенно была разработана мембранная система для фильтрации сыворотки. Первый процесс назывался «ультрафильтрацией», - его изобрели французы. Он заключался в отделении сывороточного протеина от лактозы и золы, что в результате давало 35-70% содержание протеина. Этот процесс все более совершенствовался, особенно для японского рынка, где очень высокие налоги на импорт протеиновых продуктов с содержанием протеина менее 80%. Японцы потребляли значительные объемы сывороточного протеина, поскольку они использовали его вместо яичного белка при производстве некоторых продуктов.

Еще один важный шаг в производстве сывороточного протеина был сделан 16 лет назад, когда один уэльский инженер изобрел метод ионного обмена. Этот процесс использовал положительные и отрицательные заряды, или ионные свойства сывороточного протеина. Он предполагал использование полимеров для выделения белка из сыворотки, с изменением кислотно-щелочного баланса в течение всего процесса. Преимущество ионно-обменного метода в том, что он не образует осадка, а минус – он дорого и здорово повышает стоимость продукта. Некоторые исследования показывают, что изоляты сыворотки, полученные с помощью ионного обмена, имеют в составе 70% беталактоглобулина и всего 10% альфалактальбумина. Эти количества вовсе не похожи на то, что содержится в натуральном коровьем молоке и значительно отличаются от пропорций, составляющих материнское молоко, где содержание альфалактальбумина высокое, а беталактоглобулин вовсе отсутствует. Важность этого различия заключается в том, что беталактоглобулин обладает значительно большими аллергенными свойствами для человека, чем альфалактальбумин. Биологически активные фракции сывороточного протеина, такие как лактоферрин, практически не содержатся в настоящем изоляте сывороточного протеина, произведенного методом ионного обмена. Причиной этого является система изготовления, используемая при производстве сывороточного протеина методом ионного обмена, неблагоприятная для сохранения более мелких жизненно важных фракций сывороточного протеина. Это является значительным недостатком, поскольку некоторые фракции сывороточного протеина очень полезны для здоровья человека.Вслед за этим следовали процессы ультрафильтрации для получения более концентрированного протеина. Этот изобретатель назвал полученный им протеин изолятом сывороточного протеина Bipro. Он содержал невиданное ранее количество протеина - 90%, и при этом менее 1% лактозы.

Изобретатель этого ионно-обменного процесса запатентовал его использование во всех возможных областях применения. Позднее, узнав о том, что он болен раком, этот уэльский инженер выставил патенты на аукцион. Они были приобретены компанией, имеющей молочное производство в Миннесоте. Эта компания постепенно переросла в Davisco, которая сейчас производит протеин Bipro. Поскольку компания Davisco имела эксклюзивный патент на производство сывороточного протеина методом полимерной фильтрации, конкурирующие компании стали искать другой способ производства высококачественных протеиновых порошков, использование которых позволило бы им не нарушать закон об авторских правах. Появился метод микрофильтрации - с помощью фильтрующих мембран, имеющих микроскопические отверстия. Другой процесс, использовавший еще более мелкие отверстия в фильтрующих мембранах, назывался нано-фильтрацией. Чем меньше размер отверстий в мембране, тем дороже сам процесс. Обычный способ производства сывороточного протеина, используемый сегодня, включает первоначальную ультрафильтрацию или перекрёстную фильтрацию (cross-filtration), доводящую содержание сывороточного протеина до 75-80%. Полученная в результате этого жидкая сыворотка подвергается либо микро, либо нано фильтрации, отделяющей некоторое количество жира и лактозы. В результате этого получается сыворотка, содержащая около 1 % жира, а содержание протеина доходит до 81-86,5%.

В зависимости от бюджета компании-изготовителя и её производственной политики сейчас распространены четыре типа фильтрации. При мембранной фильтрации мембрана служит для задержки крупных молекул. При часто используемом методе поперечного течения осадок (то есть то, что удерживает мембрана) направляется поперечно мембране и тем самым препятствует её засорению. Использование перепада давления (трансмембранное давление) приводит в движение жидкость и гонит её вместе с мелкими молекулами (всё вместе называется «пермеат») через мембрану. Выбирая мембрану, можно регулировать, какие молекулы пройдут, а какие будут задержаны. Мембраны различаются по материалам, из которых они сделаны (полимеры, керамика, высококачественная сталь), способу упаковки (полое волокно, обмоточные и панельные модули) и величине пор.

По величине пор различаются четыре типа мембранной фильтрации:
1. Микрофильтрация (МФ), которая отделяет частицы, размер которых лежит в диапазоне 0,05-10 мкм. В этот диапазон попадают бактерии, жировые шарики молока и крупные мицеллы казеина.
2. Ультрафильтрация (УФ), которая отделяет коллоидные частицы и высокомолекулярные вещества, размер которых лежит в диапазоне 0,001-0,05 мкм или 5000 - 500000 дальтон. В этот диапазон попадают казеин и сывороточные белки.
3. Нанофильтрация (НФ), которая отделяет молекулы, размер которых лежит в диапазоне 0,0005-0,001мкм или 400 - 1000 дальтон. В этот диапазон попадают лактоза и некоторые аминокислоты.
4. Обратный осмос (ОО), который отделяет молекулы и ионы размером менее 0,0005 мкм или молекулярным весом меньше, чем 400 дальтон.

Единица Далтон (Da) равнозначна единице атомной массы и служит в мембранной технике для обозначения величины пор или разделителей. Обычно для сыворотки применяются ультрафильтрационные обмоточные модули с величиной пор 10 kDa, чтобы концентрировать протеины сыворотки. На втором этапе в процессе нанофильтрации с мембраной 150-kDa удерживается лактоза. В заключение при помощи обратного осмоса отделяются оставшиеся соли, получается чистая вода.

В силу того, какие использованы технологии и методы фильтрации, протеиновый продукт на основе сыворотки подразделяется на несколько характерных видов. Ниже их можно изучить.

Поиск по сайту: