Úvod do výroby syrovátkového koncentrátu

Syrovátkový protein je vedlejším produktem při výrobě sýra a je jeden z nejkvalitnějších zdrojů živočišných bílkovin. Jeho výroba a složení se liší v závislosti na použitých metodách, což ovlivňuje jeho nutriční hodnoty a strukturu bílkovin, obsah tuku a dokonce i chuť.

Podle druhu stupně a druhu technologického zpracování mohou vzniknout čtyři druhy syrovátkového koncentrátu, které se ve sportovní výživě nejčastěji používají pro finální výrobu proteinového prášku, jaký znáte. Jedná se o syrovátkový koncentrát, syrovátkový izolát, syrovátkový hydrolyzát. Pro představu, pro výrobu 1 kg syrovátkového koncentrátu v prášku je zapotřebí více než 160 kg syrovátkového roztoku.

Tento článek dává do souvislostí veškeré důležité informace a poskytuje kopmlexní přehled o tématu výroby syrovátkových proteinů na jednom místě. Po přečtení článku budete vědět, co všechno se musí stát, abyste si po tréninku mohli namíchat svůj oblíbený protein. Článek je řazen do následujících kapitol, které můžete použít pro lehčí orientaci.

• První krok: oddělení syrovátky z mléka
• Druhý krok: čištění syrovátkových bílkovin
• Třetí krok: koncentrace syrovátkových bílkovin
• Čtvrtý krok: přeměna tekutiny na prášek
• Pátý krok: ochucení, produkce a balení
• Hra značek: realita českého a evropského trhu
• Závěrem: výběr a kvalita syrovátkových proteinů

První Krok: oddělení syrovátky z mléka

Výroba syrovátkového proteinu začíná pasterizací kravského mléka, aby bylo zbaveno všech nežádoucích bakterií. Během pasterizace je mléko přivedeno do bodu varu (70-80 °C) a následně ihned ochlazeno na 4°. Po pasterizaci zůstává v mléce přibližně 20 % syrovátkové bílkoviny a 80 % kaseinu.

Klíčovým krokem v tomto procesu je použití enzymu chymosin, známého také jako rennin, který je zásadní pro výrobu většiny typů sýrů. Chymosin má za úkol koagulovat, neboli srážet mléko a oddělit tak pevné a tekuté částice kaseinu od tekuté části mléka.

Působení chymosinu je tedy zaměřeno na kasein, konkrétně na jeho variantu kappa-kasein, přítomnou na povrchu mléčných micel. Když chymosin rozštěpí určité vazby v kappa-kaseinu, dochází ke změně struktury micel, což vede ke shlukování mléčných bílkovin, zejména kaseinu, do pevných částic. Po koagulaci se vytvoří pevné částice kaseinu, z nichž se vyrábí sýr, a oddělí se od tekuté části, známé jako syrovátka. Syrovátka obsahuje syrovátkové bílkoviny, laktózu, vitamíny a minerály, a je dále zpracovávána pro výrobu syrovátkových proteinů.

Zdroj: foodunfolded.com

Druhý krok: čištění syrovátkových bílkovin

Dalším krokem je proces předčištění tekuté syrovátky, během kterého se zajišťuje kvalita a čistota konečného produktu. Proces předčištění obvykle zahrnuje dvě fáze:

Odstranění tuků a pevných látek: Nejprve je potřeba odstranit z syrovátky tuky a pevné látky. To se obvykle děje pomocí centrifugace nebo mikrofiltrací. Cílem je získat co nejčistší syrovátkový roztok.

Odstraňování laktózy a minerálů: Syrovátka obsahuje vysoké množství laktózy a minerálů. Pro výrobu syrovátkového proteinu je potřeba tyto složky snížit, což se často děje pomocí ultrafiltrace. Ultrafiltrace umožňuje odstranění těchto malých molekul, zatímco proteiny zůstávají v roztoku.

Zdroj: agropur.com

Třetí krok: koncentrace syrovátkových bílkovin

Po odstranění nežádoucích složek se proteiny v syrovátce koncentrují. Tento proces se obvykle provádí pomocí několika metod (nebo jejich kombinací) v závislosti na tom, jak čistý koncentrát bílkoviny má z procesu vzniknout a jaký produkt má vzniknout. Může se použít ultrafiltrace, diafiltrace, mikrofiltrace, nanofiltrace, elektrodialýza, reverzní osmóza, mikrofiltrace zkříženým tokem (CFM - Cross Flow Microfiltration), iontová výměna nebo hydrolýza.

Metody se mohou používat i v návaznosti s cílem například co nejvíce snížit reziduální procento tuku v koncentrátu nebo zachovat co největší integritu strukturybílkovin. Každá z uvedených metod koncentrace bílkovin má své specifické výhody a nevýhody a je používána pro různé typy produktů.

Ve standardní výrobě syrovátkového proteinu, který se používá pro sportovní výživu se v naprosté většině případů (používá membránové filtrace (např. ultrafiltrace, mikrofiltrace zkříženým tokem) pro výrobu syrovátkového koncentrátu. Pokud je v procesu použita i metoda iontové výměny, vzniká syrovátkový izolát. Při výrobě syrovátkového hydrolyzátu se místo iontové výměny zvolí chemický proces známý jako enzymatická hydrolýza. Výroba čirého proteinu kombinuje filtraci, iontovou výměnu a hydrolýzu.

Zdroj: Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019)

Výsledkem těchto technologických postupů je tekutý roztok koncentrovaných bílkovin, které tvoří základ produktů pro

• Syrovátkový koncentrát (WPC): Zkratka WPC často doprovázena číslem 75, 80. Toto číslo vyjadřuje obsah bílkovin na 100g čisté suroviny. Procento tuku se pohybuje mezi 6-8 %.
• Syrovátkový izolát (WPI) / Čirý syrovátkový izolát: Obsah bílkovin v izolázech dosahuje standardně více než 90%. Obsah tuku se pohybuje kolem 1-2 % s minimem sacharidů.
• Syrovátkový hydrolyzát: Obsah bílkovin v hydrolyzátech se pohybuje mezi 75-80 % ve 100 g čisté suroviny. Mají však nejlepší biodostupnost a nejrychlejší stravitelnost.

Roztok poté putuje do čtvrté fáze, kdy probíhá sušení. Než se tam ale dostaneme, shrňme si základní informace o používaných metodách.

Ultrafiltrace (UF) využívá membrány s malými póry pro oddělení bílkovin od menších molekul jako jsou laktóza, minerály a voda. Bílkoviny, díky své větší molekulové hmotnosti, zůstávají na jedné straně membrány, zatímco menší molekuly procházejí skrz.

• Výhody: Efektivní oddělení bílkovin od menších složek; zachovává funkční a nutriční vlastnosti bílkovin; široce použitelná a škálovatelná metoda.
• Nevýhody: Riziko ucpání membrány, což vyžaduje pravidelné čištění a údržbu; může být nákladná v případě velkých objemů nebo vysoce koncentrovaných roztoků.

Mikrofiltrace zkříženým tokem (Cross-Flow Microfiltration) je technologicky vyspělejší metoda a její použití zajišťuje vyšší kvalitu a čistotu výsledného produktu. Během procesu proudí kapalina paralelně s membránovou plochou, nikoli přímo skrz ni. Tím se snižuje riziko ucpání membrány, protože větší částice jsou neustále “odplavovány” od povrchu membrány.

• Výhody: Méně náchylná k ucpávání a zanášení membrány než tradiční filtrace; efektivní pro oddělení větších částic, jako jsou tuky a bakterie; lepší pro zachování struktury a funkčnosti bílkovin.
• Nevýhody: vyšší náklady na zařízení a údržbu; méně účinná pro oddělení bílkovin od menších molekul než ultrafiltrace.

Iontová výměna do procesu vstupuje, pokud má být výsledkem syrovátkový izolát. Jedná se o proces, který selektivně izoluje specifické proteinové složky. Surová syrovátka je posílána přes sloupec, který sbírá proteiny a odděluje je na základě rozdílů v jejich celkovém náboji. Zbytek (laktóza a minerály) je spláchnut a dále zpracován do jiné složky. Iontový výměna sbírá všechny funkční a výživové proteiny v syrovátce, včetně bioaktivních proteinů, jako jsou imunoglobuliny a laktoferin. Výsledný syrovátkový protein má proto méně tuku a laktózy než syrovátkové koncentráty a také se například lépe rozpouští.

• Výhody: Vysoce selektivní pro specifické bílkoviny; účinná v odstraňování nečistot.
• Nevýhody: Může denaturovat některé bílkoviny; vyžaduje specifické podmínky pro každý typ bílkovin.

Zdroj: agropur.com

Hydrolýza je biochemický proces, při kterém se dlouhé řetězce aminokyselin v syrovátkovém koncentrátu rozkládají na kratší peptidové řetězce. Hydrolýza se provádí pomocí enzymů, kyselin nebo alkálií. Enzymatická hydrolýza je nejčastěji používanou metodou, protože je specifičtější a šetrnější k bílkovinám.

Délka hydrolýzy může být různá a ovlivňuje míru rozkladu bílkovin a vlastnosti finálního produktu.

• Výhody: Zlepšuje trávicí dostupnost a biologickou aktivitu bílkovin; Snížení alergenního potenciálu některých bílkovin; Umožňuje vytváření specifických peptidů s cílenými funkčními vlastnostmi.
• Nevýhody: Může dojít k denaturaci (změně struktury) bílkovin, což ovlivňuje jejich funkční vlastnosti; Proces hydrolýzy může být nákladný vzhledem k potřebě enzymů nebo chemikálií; Možné změny v chuti a vůni konečného produktu.

Velmi oblíbenou formou úpravy je tzv. Čirý syrovátkový izolát (Clear Whey Isolate), který se vyrábí acidifikací a čištěním syrovátkového proteinu při nízkém pH. Protein je dále často hydrolyzován pro dosažení vyšší biologické dostupnosti rozložením a zkráceným peptidových vazeb. Zjednodušeně řečeno, můžeme si představit, že se bílkoviny “předtráví” již během procesu.

Vyšší stupně technologického procesu mají za úkol takřka zcela odstranit přebytečné tuky a sacharidy a dosáhnout tak vyššího obsahu proteinu ve 100 g čistého prášku. Výrazné zkrácení peptidových vazeb umožňuje snadnější absorpci peptidů bílkovin do krevního řečiště. Čirý protein, stejně jako jakýkoliv jiný izolát nebo hydrolyzát, je proto nejvýhodnější pít hned po tréninku. V případě čirého proteinu máte tu výhodu, že nechutná jako mléko a skvěle osvěží.

Ultrafiltrace a mikrofiltrace zkříženým tokem a iontová výměna jsou fyzikální metody, které se zaměřují na oddělení bílkovin na základě velikosti molekul. Oproti tomu hydrolýza je chemický proces, který mění strukturu samotných bílkovin. Výběr metody závisí na požadovaných vlastnostech finálního produktu a na specifických potřebách výrobního procesu.

Čtvrtý krok: přeměna tekutiny na prášek

Proces sušení při výrobě syrovátkového koncentrátu je klíčovou fází, během které se přeměňuje kapalná forma syrovátky na práškový produkt vhodný pro dlouhodobé skladování, snadnou distribuci a případné další zpracování (např. ochucení). Nejrozšířenější a nejvíce používanou metodou je sprejové sušení (spray drying).

Tento technologický proces zahrnuje rozstřikování koncentrované tekuté syrovátky do horkého vzduchu v sušící komoře. Molekuly vody se z kapek koncentrátu rychle vypaří čímž se vytvoří práškový produkt. Sprejové sušení umožňuje rychlé a efektivní odpaření molekul vody a zachovává vysokou kvalitu bílkovin. Tento proces je citlivý na tepelnou regulaci a proto jsou teplota a vlhkost konstantně přísně kontrolované, aby nedošlo k tepelné denaturaci bílkovin.

V konečné fázi je prášek automatickou baličkou navážen do pytlů nejčastěji 25kg a uskladněn. Pro export se pytle poskládají na paletu a připraví k transportu do zařízení, které se specializuje na ochucení a přebalení do spotřebitelských balení.

Zdroj: proteinfactory.com

Pátý krok: ochucení, produkce a balení

V pátém kroku dochází k sekundárnímu zpracování. Na vstupu se jedná o bílý neochucený prášek a na výstupu dostává protein podobu, jakou známe - je ochucený, slazený, má barvu a je zabalen do spotřebitelského balení nejčastěji do sáčků a nebo dóz v nejrůznějších gramážích od 400-2000 g.

Ochucení a slazení

Vaši oblíbenou příchuť proteinu zajišťují buď umělá a nebo přírodní aromata, barviva a sladidla. Aby se všechny složky následně dobře rozmíchaly v shakeru je často zapotřebí přidat i zcela neškodný lecitin (nejčastěji sójový nebo slunečnicový). V některých případech se do proteinů přidává i neškodná protispékavá látka - např. oxid křemičitý, který zabrání hrudkování a nebo zredukuje pěnivost v případě čirého syrovátkového izolátu.

Všechny ochucující složky se do proteinu přidávají v určitém poměru podle preferencí vývojového oddělení značky, které vzorky v průběhu hledání nejlepší chuti průběžně ochutnávají a testují - alespoň by měly. Jakmile příchuť a rozpustnost vyhovuje, začíná produkce.

Produkce a balení

Primární surovina a ochucující složky se pak doslova nasypou tzv. homogenizéru, který si lze představit jako velký mixér. Otáčení v různých směrech zajistí to, že je výsledná sypká směs skutečně homogenizovaná a všechny přidané složky se s čistým syrovátkovým základem se dobře promíchají. Takto se zajistí to, že každá dávka proteinu v balení chutná stejně pokud je smíchána s doporučeným množstvím vody nebo mléka. Z homogenizéru se poté směs balí do spotřebitelských balení podle zvolené gramáže. Následně je produkt opět umístěn na paletu a dopraven do skladu značky. Ze skladu je po internetové objednávce vychystán, zabalen a dopraven výdejní místo nebo k vám domů vámi zvolenou službou.

Zdroj: homogenizer.cz

Hra značek: současná realita českého a evropského trhu

V současnosti se na českém i evropském trhu můžeme setkat s proteiny, které jsou v naprosté většině případů ochuceny umělými aromaty, barvivy a umělými sladidly jako je sukralóza, acesfulfam K, aspartam, cyklamát sodný apod. Tyto proteiny mají často velmi umělou chuť a zanechávají typický “ocas” na konci.

Produkce takových proteinů je velmi levná a nenáročná. Velmi rozšířenou avšak ne zcela legální praktikou je také používání zahušťovadel jako je guarová guma, xanthanová guma nebo různé formy celulózy. O tom, proč se zahušťovadla v proteinech používat nesmí jsme napsali v tomto článku.

Minimální procento značek volí ochucení svých produktů pomocí přírodních aromat, barviv a sladidel přírodního původu. Důvodem je to, že sekundární výrobní proces nemají zcela ve svých rukou a nemohou ovlivnit jednotlivé ingredience a receptury, které budou ve výsledném produktu použity.

To však není v případ hyve. Hyve má výrobní procespod stoprocentní kontrolou. Pokud se nám nějaká surovina nezdá nebo nefunguje tak, jak bysme chtěli, zkrátka ji nahradíme jinou přírodní alternativou.

Závěr: výběr a kvalita syrovátkových proteinů

Základ naprosté většiny syrovátkových proteinů je syrovátkový koncentrát, izolát, čirý izolát nebo hydrolyzát. Tento základ je kvalitativně naprosto identický nebo velmi podobný. Velmi vysoké standardy na výrobu a kvalitutěchto surovin totiž platí pro všechny výrobce primární suroviny stejně. A to přesně z toho důvodu, proč mléka různých značek chutnají také stejně nebo velmi podobně a mají podobné nutriční složení.

Důvodem je to, že primární zemědělský, zejm. mlékárenský průmysl a jeho výrobky jsou jedním z nejdůležitějších a nejpřísněji kontrolovaných sektorů v celé Evropské unii a výstupní kvalita je jasně definována a standardizována.

To však neplatí pro sekundární zpracování v případě výroby ochucených syrovátkových proteinů, během kterého se do velmi kvalitní suroviny přidávají ochucující složky různých a mnohdy podřadných jakostí.

Jedná se zejména o umělá sladidla, aromata a barviva. Ano, bílkoviny, které z těchto drinků přijímáte do těla jsou bez většího rozdílu v obou případech stejné, avšak umělá sladidla, aromata i barviva mohou mít na tělo negativní účinky. Značky nabízející produkty s umělými složkami vám tímto dávají najevo tři věci

1. nemají produkci zcela pod svou přímou kontrolou
2. neberou všechny ingredience ve svých produktech vážně
3. pro maximalizaci maržena vyprodukovanou jednotku spojují výrobu s dalšími značkami ve velkých výrobních závodech, které dosahují znatelných úspor z rozsahu; používají se zde standardizované a velmi jednoduché receptury s predefinovanými chuťovými profily; výsledkem je prakticky stejný obsah pro všechny zůčastněné značky; liší se pouze balení

Naopak značky jako je hyve, které mají svoji produkci zcela pod kontrolou dbají na to, aby se k zákazníkovi dostal nejen perfektní zdroj bílkovin, ale aby ochucující složky nebyly nijak kontroverzní či potenciálně zdravotně závadné. Recepturu máme ze 100 % ve svých rukou stejně jako všechny suroviny, které ve výsledném produktu použijeme.

Zdroje:

1. Hilton C. Deeth and Nidhi Bansal (2019) Whey Proteins: From Milk to Medicine ISBN 978-0-12-812124-5
2. Protein hydrolysis. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B978008100596521755
3. How whey protein is made. https://www.agropur.com/us/news/how-whey-protein-is-made
4. Whey protein concentrate and isolate. https://www.spxflow.com/assets/pdf/spx-flow-whey-protein-isolate-concentrate-612-gb.pdf
5. What is whey protein. https://agnroots.com/blogs/articles-info/what-is-whey-protein
6. https://www.foodunfolded.com/article/sustainable-protein-powders-whey-vs-plant-based
7. https://www.vaisala.com/en/blog/2022-11/how-measure-crucial-process-parameters-efficient-spray-drying
8. https://proteinfactory.com/bulk-protein-powder-2/
9. http://www.homogenizer.cz/wp-content/uploads/Fotografie0197.jpg