Wzrost świadomości konsumentów na temat zdrowego stylu życia, a także liczna konkurencja na rynku produktów mleczarskich, wymusiła rozwój przetwórstwa serwatki. Stanowi ona nie tylko dobre środowisko do rozwoju mikroorganizmów, ale może też być cennym surowcem w produkcji napojów czy żywności o obniżonej kaloryczności oraz wysokiej wartości odżywczej, gdyż dla współczesnego konsumenta to właśnie te walory – zaraz obok tekstury, aromatu czy smaku – pełnią kluczową rolę przy wyborze produktów spożywczych (Szymański i in. 2007).

Białka serwatkowe

Białka serwatkowe stanowią 0,6-0,7% białek mleka krowiego i należą do nich: α-laktoglobulina, β-laktoglobulina, albumina serum krwi wołowej, immunoglobuliny, laktoferyna, lizozym oraz kazeinomakropeptyd. Serwatkę wykorzystuje się przede wszystkim do otrzymywania koncentratów o zawartości białka od 35 do 80%, izolatów o zawartości białka ok. 90% oraz o różnej zawartości laktozy.

Stosuje się trzy techniki pozyskiwania białek serwatkowych. Należą do nich:

•    procesy membranowe, które pozwalają na frakcjonowanie serwatki, demineralizację oraz delaktozowanie,

•    chromatografia adsorpcyjna ze złożem fluidalnym, dzięki której pozyskuje się laktoferynę, glikomakropeptyd, izolat białek o czystości nawet powyżej 95% oraz izolat białek wzbogacony oczyszczoną α-laktoalbuminą,

•    elektrodializa, pozwalająca na zredukowanie zawartości związków mineralnych.

Białka serwatkowe warto wprowadzać do żywności ze względu na ich właściwości prozdrowotne. Jako źródło bioaktywnych peptydów mają korzystne oddziaływanie fizjologiczne na organizm człowieka. Wspomagają układ nerwowy, układ sercowo- -naczyniowy czy układ odpornościowy. Ponadto wykazują działanie przeciwzakrzepowe, antybakteryjne, antywirusowe (Smithers 2008; Madureira i in. 2010).

Białka serwatkowe oraz sama serwatka, jako źródło cysteiny, sprzyja syntezie glutationu, który należy do wewnątrzkomórkowych antyoksydantów (Smithers 2008). Udowodnione zostało również działanie antynowotorowe białek serwatkowych. W badaniach na szczurach wykazano, że dieta bogata w białka pochodzące z serwatki znacznie bardziej przyczyniła się do zmniejszenia częstotliwości wystąpienia nowotworów okrężnicy niż dieta bogata w białko pochodzące np. z mięsa czy soi (Smithers 2008).

Białka serwatkowe są obecnie stosowane w żywności tradycyjnej oraz w żywności nowej generacji, jako składniki odżywcze, fizjologicznie aktywne i strukturotwórcze. Białka te charakteryzuje m.in. zdolność tworzenia stabilnych żeli nadających produktom kształt i teksturę, poprawiających wodochłonność oraz zapobiegających synerezie. Wymienione właściwości mają wpływ na ogólną akceptowalność produktu ocenianą sensorycznie (Lammert i in. 2014). Białka serwatkowe, jako bogate źródło aminokwasów siarkowych (np. cystyny, cysteiny, metioniny), są dobrymi przeciwutleniaczami w układach lipidowych. Działanie antyoksydacyjne skupia się przede wszystkim na chelatacji jonów metali, wychwytywaniu wolnych rodników oraz wygaszaniu tlenu singletowego (Peńa-Ramos i Xiong 2001).

Obecność leucyny, izoleucyny i waliny reguluje poziom białek i glukozy w organizmie. Ponadto białka serwatkowe zwiększają uczucie sytości, wspomagają działanie układu immunologicznego.

Na szeroką skalę swoje zastosowanie znalazł również kazeinomakropeptyd, który dzięki właściwościom hydrofilowym przechodzi do serwatki. Stanowi aż 25% białek serwatkowych i ma udokumentowane klinicznie właściwości prozdrowotne. Dzięki zdolności do hamowania adhezji komórek bakteryjnych wywołujących próchnicę czy remineralizację zębów, oraz dzięki neutralnemu smakowi i dobrej rozpuszczalności w wodzie, kazeinomakropeptyd znalazł swoje zastosowanie w płynach do higieny jamy ustnej, a dzięki zawartości kwasu sjalowego, który ma wpływ na prawidłowy rozwój mózgu, jest składnikiem wielu odżywek, zwłaszcza tych dla niemowląt. Ponadto peptydy otrzymane z kazeinomakropeptydu hamują łączenie fibrynogenu z receptorami płytek krwi, zapobiegając ich agregacji, czyli wykazują właściwości przeciwzakrzepowe.

Kazeinomakropeptyd, ze względu na swój unikalny skład aminokwasowy, charakteryzuje się wysoką zawartością treoniny i leucyny oraz brakiem takich aminokwasów, jak tyrozyna, tryptofan, a przede wszystkim fenyloalanina, co świadczy o tym, że peptyd ten może być źródłem białka w diecie osób chorych na fenyloketonurię.

Wykorzystanie serwatki w przemyśle spożywczym

Serwatka w przemyśle spożywczym wykorzystywana jest do produkcji napojów fermentowanych i niefermentowanych. Te niefermentowane to np.: hallarenda (lekko ukwaszona serwatka z dodatkiem sacharozy), lactron (z dodatkiem aromatu owocowego), germola (otrzymywana z zagęszczonej serwatki z dodatkiem przypraw korzennych), rivella (serwatka klarowna, z dodatkiem kwasu winowego lub cytrynowego, z kofeiną, nasycona CO2). Napoje fermentowane na bazie serwatki to między innymi napój acidofilny otrzymywany z odbiałczonej i odtłuszczonej serwatki poddanej ukwaszeniu, napoje z dodatkiem drożdży (tzw. kwas z serwatki wykorzystywany bezpośrednio do picia lub do przyrządzania potraw), napoje serwatkowe typu „szampan” czy piwa.

W przemyśle mleczarskim niefermentowaną serwatkę w proszku wykorzystuje się również do produkcji jogurtów smakowych. Ponadto serwatkę stosuje się w wytwarzaniu galaretek czy kisieli oraz w przemyśle piekarniczym w celu poprawy jakości ciasta i pieczywa pszennego. Według Karolini-Skaradzińskiej i in. (2010) mąka do produkcji pieczywa z komponentem zdemineralizowanej serwatki w proszku w ilości powyżej 2% powoduje zmniejszenie jej wodochłonności, a otrzymane ciasto jest bardziej podatne na rozciąganie oraz wykazuje się większą wydajnością.

Koncentraty białek serwatkowych przemyśle spożywczym… i nie tylko

Ze względu na zdolności emulgujące, pianotwórcze i żelifikujące koncentraty białek serwatkowych znalazły swoje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu spożywczego.

W mleczarstwie koncentraty białek serwatkowych wykorzystuje się do produkcji serów zwarowych i serwatkowych. Sery zwarowe uzyskuje się z masy białkowej strąconej poprzez ogrzewanie serwatki w ok. 75°C. Sery serwatkowe wytwarza się z serwatki zagęszczonej do 50-85% suchej masy i są to sery w postaci bloku o dość twardej konsystencji, brunatnej barwie i słodkim smaku. Ponadto koncentraty i izolaty białek serwatkowych stosuje się w produkcji maślanki, lodów, jako zamiennik odtłuszczonego mleka w proszku, deserów mlecznych, jogurtów i kefirów. Bierzuńska i in. (2016) udowodnili, że dodatek koncentratów białek serwatkowych do mleka przerobowego w produkcji jogurtów i kefirów poprawiają takie parametry tekstury, jak: zwięzłość, konsystencja, indeks lepkości i spoistość.

Koncentraty białek serwatkowych stosuje się również w produkcji analogów serów topionych, białka serwatkowe stanowią bowiem dobry zamiennik tłuszczu, składników beztłuszczowych oraz dodatku sera, powodują wzrost takich parametrów tekstury jak twardość czy lepkość, poprawiając tym samym ich jakość (Sołowiej 2007).

Ze względu na właściwości funkcjonalne, koncentraty białek serwatkowych wykorzystuje się także do stabilizowania emulsji typu olej w wodzie przy suszeniu rozpyłowym, w celu uzyskania preparatów białkowo-tłuszczowych w proszku. Sproszkowana forma emulsji stabilizowana koncentratami białek serwatkowych jest chętnie wykorzystywana przez producentów w przemyśle spożywczym przy produkcji zup, sosów, ciasteczek, zabielaczy do napojów oraz projektowaniu nowych produktów, a sproszkowana forma ułatwia dawkowanie, mieszanie oraz obniża koszty magazynowania czy transportu (Sułek i Domian 2010). Koncentraty białek serwatkowych używane są również w przemyśle owocowo-warzywnym do zwiększania trwałości mechanicznej, spoistości i przyczepności powłok jadalnych stosowanych w celu przedłużania trwałości owoców i warzyw (Kozłowicz i in. 2011).

Okazuje się jednak, że koncentraty białek serwatkowych są wykorzystywane na szeroką skalę nie tylko w przemyśle spożywczym. Badania Sikory i Ogonowskiego (2011) dowiodły, że mogą być składnikiem łagodnych kompozycji myjących. Autorzy opracowali recepturę oraz dokonali oceny właściwości takich kompozycji, dzięki czemu dowiedli, że płyny zawierające koncentrat białek serwatkowych charakteryzują się dobrymi właściwościami użytkowymi. Dodatek koncentratów białek serwatkowych spowodował modyfikację właściwości pianotwórczych oraz reologicznych otrzymanych produktów.

Kierunki modyfikacji białek serwatkowych

Jednym z kierunków modyfikacji białek serwatkowych jest ich modyfikacja enzymatyczna. Przyczynia się do powstawania hydrolizatów, biofilmów, redukcji alergenności, odgoryczania czy modyfikacji właściwości funkcjonalnych. Hydrolizaty, dzięki zdefiniowanemu profilowi peptydowemu o właściwościach bioaktywnych, znajdują swoje zastosowanie przy produkcji żywności specjalnego przeznaczenia, np. dla osób z chorobami metabolicznymi, gastrycznymi lub dla starszych, a także do wzbogacania napojów owocowych, odżywek dla sportowców, odżywek dla dzieci i niemowląt z alergią pokarmową. Redukcja alergenności polega na zmianie sekwencji peptydów antygenowych oraz osłabieniu immunokreatywności. Redukcji alergenności dokonuje się przez trzykrotną hydrolizę koncentratu białek serwatkowych trypsyną. Największe efektywności redukcji alergenności, głownie β-laktoglobuliny, uzyskuje się poprzez hydrolizę kombinowaną mieszaniną pepsyny i chymotrypsyny.

Artykuł został również opublikowany w nr 2/2018 magazynu "Kierunek Spożywczy".