Serwatka. Aspekty teoretyczne by Janos Palotas

erwatka została odkryta 3000 lat temu. Była wykorzystywana do celów terapeutycznych. W 1749 roku, w Zurychu w Szwajcarii, odnotowano przypadek pacjenta, u którego leczenie nie było możliwe do przeprowadzenia i któremu lekarze nie dawali szans na przeżycie. Pacjent ten wyjechał do Gais, by zamieszkać w skromnej chacie. Każdego dnia pił serwatkę, całkowicie pokonując chorobę. Nie wiadomo, czy pacjent ten dowiedział się o leczniczych właściwościach serwatki dzięki temu, że starożytni Greccy lekarze określali ją mianem „leczniczej wody” czy też została mu ona polecona przez lokalnych chłopów. Niemniej jednak, wieści o uzdrowieniu pomimo straszliwej diagnozy lekarzy szybko się rozeszły, sprowadzając do Gais wielu pacjentów chętnych skorzystać z cudownych właściwości serwatki.

ISBN 978-605-9190-55-8

Serwatka – aspekty teoretyczne

Serwatka ASPEKTY TEORETYCZNE

2. Przedsiębiorczość,

nowe możliwości biznesowe i strategie marketingowe dla produktów otrzymywanych z serwatki Autorzy: Wioletta Czernatowicz**, Maciej Dymacz**, Halis Kalmış*, Hilal Çelik*

Serwatka jest ważnym zasobem gospodarczym. Jeśli nie zostaje zutylizowana, może doprowadzić do zanieczyszczenia środowiska i strat gospodarczych. Serwatka, ciecz będąca pozostałością przy produkcji sera, kazeiny i jogurtu, jest jednym z największych dostępnych obecnie źródeł białka spożywczego. Światowa produkcja serwatki w 2003 roku wynosiła w przybliżeniu 180 milionów ton i stanowiła żródło 1,5 miliona ton białka wysokiej jakości oraz 8,6 miliona ton laktozy, istotnego dla całego świata źródła węglowodanów. Najnowsze badania wykazują, że białko serwatkowe może stanowić najbardziej odżywcze ze wszystkich dostępnych białek; nic więc dziwnego, że sektory rynku żywieniowego, takie jak produkty żywieniowe dla sportowców i niemowląt oraz żywność kliniczna, osiągają niespotykanny dotychczas poziom inwestycji w produkty mleczne. Serwatka, bogata w dobrodziejstwa natury, takie jak beta-laktoglobulina o wysokiej zdolności żelowania, białko alfa-laktoalbumina stanowiące ekwiwalent mleka matki, laktoferyna, immunoglobulina i prebiotyczne galaktooligosacharydy, jest obecnie jednym z najbardziej interesujących źródeł składników odżywczych. Serwatka będąca produktem ubocznym w produkcji twardego, półtwardego i miękkiego sera oraz kazeiny 41

Serwatka aspekty teoretyczne

Materiały szkoleniowe opracowane w ramach projektu

WHY WHEY

Usprawnienie procesów produkcyjnych i zarządzania w sektorze mleczarskim oraz zarządzanie odpadami.

Projekt zrealizowany w ramach Programu ERASMUS+ 2014-1-TR01-KA202-012957 www.whey-europe.eu

Spis treści:

Publikacja w ramach projektu WHY WHEY Autorski zespół projektowy w składzie: Dr Murat Aydın – Związek Hodowców Owiec i Kóz, Aydin, Turcja Dr A. Demet Karaman – Związek Hodowców Owiec i Kóz, Aydin, Turcja Prof. dr Kemal Çelik – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Dr Harun Baytekin – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Dr Zerrin Yüksel Önür – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Dr Ahmet Uzatıcı – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Dr Baver Coşkun – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Dr Halis Kalmış – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Hilal Çelik – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Maciej Dymacz – ARID Lacjum, Polska Wioletta Czernatowicz – ARID Lacjum, Polska Janos Palotas – Tudas Alapitvany, Węgry Prof. dr Imre Mucsi – Tudas Alapitvany, Węgry Dr Halis Kalmis – Uniwersytet w Canakkale, Turcja Prof. dr Ergun Demir – Uniwersytet w Balikesir, Turcja Dr Hüseyin Eseceli – Uniwersytet w Balikesir, Turcja Dr Adem Kabasakal – Uniwersytet w Balikesir, Turcja Massimo Canalicchio – CIA Umbria, Włochy Dr Andrea Palomba – CIA Umbria, Włochy Levi Bettin – Eurocultura, Włochy Dalmar Mohamed Ali – Eurocultura, Włochy ISBN: 978-605-9190-55-8 WHY WHEY project has been funded with support from the European Commission, with the reference number 2014-1-TR01-K202-012957. This publication reflects the view only of the author, and the commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.

1. Wstęp (Aydın Sheep and Goat Breeders Assoc., TR) 1.1. Skład mleka i występujące w nim składniki odżywcze 1.2. Produkcja mleka krowiego 2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR) 2.1. Historia serwatki 2.2. Przepisy prawa regulujące stosowanie serwatki 2.3. Wytwarzanie serwatki przy produkcji sera 2.4. Wytwarzanie serwatki przy produkcji kazeiny 2.5. Rodzaje i skład serwatki 2.6. Ogólne aspekty branży 2.7. Serwatka: od ścieków do pełnowartościowych produktów 2.8. Czynniki wpływające na jakość produktów otrzymywanych z serwatki 3. PRZETWARZANIE SERWATKI: Zastosowanie i główne produkty (COMU,TR) 3.1. Zastosowanie serwatki: – W przemyśle spożywczym – W medycynie – W rolnictwie i hodowli zwierząt – W żywieniu sportowców – W przemyśle kosmetycznym – W produkcji energii

Spis treści:

3.2. Główne produkty – Serwatka w proszku – Koncentraty białek serwatkowych – Izolaty białek serwatkowych – Hydrolizaty białek serwatkowych – Laktoza – Laktoalbumina – Serwatka zdemineralizowana i serwatka o obniżonej wartości minerałów – Serwatka obniżonej wartości laktozy – Hydrolizat laktozy – Hydrolizat białek serwatkowych – Mleczne produkty mineralne – Sery serwatkowe – Napoje serwatkowe

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki (COMU-TR) 4.1. Kwas mlekowy 4.2. Alkohol etylowy 4.3. Białko jednokomórkowców (SCP) 4.4. Biogaz 4.5. Biotworzywa 4.6. Kultury starterowe 4.7. Inne bioprodukty 5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki (HU) 5.1. Metody pomiarowe służące do określenia parametrów serwatki 5.2. Skład serwatki – Główne składniki – Składniki drugorzędne 5.3. Struktura i funkcja białek serwatkowych – Cechy wewnętrzne i zewnętrzne białek serwatkowych – Zastosowanie białek serwatkowych w żywności

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje (Aydın Sheep and Goat Breeders Assoc., TR) 6.1. Serwatka słodka w proszku 6.2. Serwatka kwaśna w proszku 6.3. Serwatka odlaktozowowana 6.4. Serwatka zdemineralizowana 6.5. 34% koncentrat białek serwatkowych (WPC34) 6.6. 50% koncentrat białek serwatkowych (WPC50) 6.7. 60% koncentrat białek serwatkowych (WPC60) 6.8. 75% koncentrat białek serwatkowych (WPC75) 6.9. 80% koncentrat białek serwatkowych (WPC80) 6.10. Izolat białka serwatkowego (WPI) 6.11. Laktoferyna, laktoperoksydaza, GMP (glikomakropeptyd) 6.12. Masa sucha mleka (permeat) 6.13. Serwatka o obniżonej zawartości laktozy (koncentrat minerałów serwatki) 6.14. Minerały zawarte w mleku

1. WSTĘP Autorzy: Murat Yılmaz, A. Demet Kahraman – Uniwersytet Adnan Menderes

1.1. Skład mleka i występujące w nim składniki odżywcze

Mleko to porcelanowo biała wydzielina o unikatowym smaku i zapachu. Wydzielane jest przez gruczoły mlekowe ssaków przez określony czas, zależny od gatunku. Zawiera wszystkie składniki odżywcze potrzebne noworodkom do momentu odstawienia od mleka matki, kiedy to są w stanie przyjmować inny pokarm i w odpowiednich proporcjach zaspokoić swoje potrzeby. Przepisy prawne określają, jakie składniki odżywcze powinno zawierać mleko będące produktem żywnościowym człowieka. Zgodnie z Turecką Normą dotyczącą mleka surowego [ang. Turkish Raw Milk Standard (TS)] Nr 1018, mleko definiuje się jako biały lub kremowy płyn o unikatowym smaku i konsystencji wydzielany przez gruczoły mlekowe krów, owiec, kóz i bydła, niezmieszany z innymi płynami, z którego nie usunięto żadnych składników odżywczych. Zgodnie z Tureckim Kodeksem Żywnościowym [ang. Turkish Food Codex], mleko surowe to płyn wydzielany przez gruczoły mlekowe jednej lub więcej krów, kóz, owiec i bydła, niebędący siarą, który nie został podgrzany do temperatury przekraczającej 40°C, ani nie został przetworzony w podobnym procesie. Mleko przyjmuje nazwę zwierzęcia, od którego pochodzi, np. mleko krowie, mleko bydlęce. Mleko krowie jest surowcem do produkcji

1. WSTĘP Autorzy: Murat Yılmaz, A. Demet Kahraman – Uniwersytet Adnan Menderes

1.1. Skład mleka i występujące w nim składniki odżywcze

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

wielu produktów, w tym głównie mleka pitnego, dlatego to właśnie mleko krowie pierwsze przychodzi nam na myśl, gdy usłyszymy „mleko”. Typ konsumowanego mleka zmienia się w zależności od kultury społeczności, w której jest spożywane. Chociaż kiedy w Turcji mówi się o mleku, pierwsze przychodzi na myśl mleko krowie, to istnieją w sumie 4 rodzaje mleka: mleko krowie, owcze, kozie i bydlęce. W diecie człowieka występuje mleko krowie, bydlęce, owcze, kozie, wielbłądzie, itd. Składniki odżywcze obecne w mleku zależą od zwierzęcia, od którego mleko pochodzi. Na całym świecie najczęściej konsumowane jest mleko krowie. Mleko krowie składające się przeciętnie w 88% z wody zawiera ponad 100 składników odżywczych. Mleko oraz proMLEKO BEZTŁUSZCZOWA CZĘŚĆ SUCHEJ MASY (9,00)

ZWIĄZKI NIEBIAŁKOWE

MINERAŁY (0,75)

ALBUMINA (0,56)

GLICERYDY

FOSFOLIPIDY

BIAŁKA SUROWICY (0,77)

α (1,68)

Mleko zawiera cukier (laktozę), tłuszcz, białka, minerały i witaminy. Mleko cechuje się wysoką zawartością wody i jest mieszaniną tłuszczu, kazeiny, laktoglobuliny, laktoalbuminy i laktozy oraz minerałów, które przechodzą do krwioobiegu, a następnie do tkanek. Mleko zawiera ponad 1100 molekuł. Składniki mleka obejmują drobinki tłuszczu w formie emulsji, białka (kazeiny) w postaci roztworu koloidalnego oraz rozpuszczalne białka. A ponadto, różne minerały, witaminy, enzymy, związki organiczne i gaz. Składniki mleka różnią się w zależności od rodzaju i rasy zwierzęcia. Główne składniki mleka różnych zwierząt przedstawia Tabela 1.1.

CEREBROZYDY

PODATNE NA CIEPŁO

ODPORNE NA CIEPŁO

STEROLE

INNE ENZYMY

GLOBULINA (0,09)

KAROTENOIDY

γ (0,14)

BETALAKTOGLOBULINA

EUGLOBULINA

WOLNE KWASY TŁUSZCZOWE

κ (0,38)

ALFALAKTOALBUMINA

PSEUDOGLOBULINA

WOSK

ALBUMINA SUROWICY KRWI

Rysunek 1.1. Składniki mleka i ich udział procentowy

TŁUSZCZ (3,98)

BIAŁKO (3,48)

KAZEINA (2,83)

β (0,63)

WITAMINY ROZPUSZCZALNE W WODZIE

LAKTOZA (4,77)

ZWIĄZKI AZOTU

WODA (87,02)

dukty mleczne są źródłem białka, wapnia, fosforu, witaminy A i niektórych witamin z grupy B (zwłaszcza ryboflawiny i witaminy B12). Proces wydzielania mleka rozpoczyna się zaraz po porodzie, a mleko, które wydzielane zostaje w pierwszej kolejności nazywamy siarą. Siara jest bogatsza w składniki odżywcze od zwykłego mleka. Bardzo istotne są składniki siary zwiększające odporność organizmu.

SKWALEN

Tabela 1.1. Przeciętny skład chemiczny mleka krowiego, owczego, koziego i bydlęcego (g/100g mleka) Skład

Mleko krowie

Mleko owcze

Mleko kozie

Mleko bydlęce

Woda

87,5

81,7

86,9

82,5

Tłuszcz

3,6

6,9

4,0

7,9

Laktoza

4,7

4,8

4,6

4,5

Białko

3,3

5,6

3,6

4,2

Minerały

0,9

1,0

0,9

WITAMINY ROZPUSZCZALNE W TŁUSZCZACH

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

ZWIĄZKI NIEBIAŁKOWE

MINERAŁY (0,75)

ALBUMINA (0,56)

GLICERYDY

FOSFOLIPIDY

BIAŁKA SUROWICY (0,77)

α (1,68)

CEREBROZYDY

PODATNE NA CIEPŁO

ODPORNE NA CIEPŁO

STEROLE

INNE ENZYMY

GLOBULINA (0,09)

KAROTENOIDY

γ (0,14)

BETALAKTOGLOBULINA

EUGLOBULINA

WOLNE KWASY TŁUSZCZOWE

κ (0,38)

ALFALAKTOALBUMINA

PSEUDOGLOBULINA

WOSK

ALBUMINA SUROWICY KRWI

Rysunek 1.1. Składniki mleka i ich udział procentowy

TŁUSZCZ (3,98)

BIAŁKO (3,48)

KAZEINA (2,83)

β (0,63)

WITAMINY ROZPUSZCZALNE W WODZIE

LAKTOZA (4,77)

ZWIĄZKI AZOTU

WODA (87,02)

SKWALEN

Tabela 1.1. Przeciętny skład chemiczny mleka krowiego, owczego, koziego i bydlęcego (g/100g mleka) Skład

Mleko krowie

Mleko owcze

Mleko kozie

Mleko bydlęce

Woda

87,5

81,7

86,9

82,5

Tłuszcz

3,6

6,9

4,0

7,9

Laktoza

4,7

4,8

4,6

4,5

Białko

3,3

5,6

3,6

4,2

Minerały

0,9

1,0

0,9

WITAMINY ROZPUSZCZALNE W TŁUSZCZACH

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.2. Przeciętny skład mleka krów różnych ras (g/100g mleka) (Hui, 1993). Tłuszcz

Białko

Laktoza

Minerały

Całkowita masa sucha

Holstein

3,54

3,29

4,68

0,72

12,16

Ayrshire

3,95

3,48

4,60

0,72

12,77

Guernsey

4,72

3,75

4,71

0,76

14,04

Jersey

5,13

3,98

4,83

0,77

14,42

Brown Swiss

3,99

3,64

4,94

0,74

13,08

Rasa

Biorąc pod uwagę składniki chemiczne i właściwości, mleko jest jednym z podstawowych produktów żywnościowych człowieka i zawiera większość niezbędnych składników odżywczych. Białka zawarte w mleku są ważnym, wystarczającym i zrównoważonym źródłem aminokwasów egzogennych (których organizm ludzki nie może syntetyzować). Przykładem tych aminokwasów jest lizyna. Dlatego dodanie produktów mlecznych poprawia biologiczną wartość niektórych produktów żywnościowych (na przykład mąki, kukurydzy, ziemniaków). Mleko i produkty mleczne zawierają w stopniu zrównoważonym aminokwasy egzogenne (izoleucynę, leucynę, lizynę, metioninę, fenyloalaninę, treoninę, tryptofan, walinę, histydynę i argininę) oraz endogenne (alaninę, kwas asparaginowy, cystynę, kwas glutaminowy, glicynę, prolinę, serynę, tyrozynę), które tworzą strukturę białkową. Laktoza, której źródłem jest wyłącznie mleko, ma istotne znaczenie w fizjologii odżywiania. Odgrywa ona ważną rolę w tworzeniu i ochronie naturalnej mikroflory jelitowej; jest ona trawiona powoli, a w związku z tym pozytywnie wpływa na funkcjonowanie jelit i zapobiega szybkiemu wzrostowi poziomu glukozy we krwi. Kwas mlekowy wytworzony w wyniku rozkładu laktozy zwiększa wchłanianie się wapnia i magnezu w jelitach i zmniejsza nagromadzenie tłusz-

czów w wątrobie. Mleko krowie i owcze zawiera około 4,5% laktozy. Dzięki temu, że rozpuszcza się w wodzie, przenika ona do serwatki. Dlatego laktozę wytwarza się z serwatki. Laktoza trawiona jest przez niektóre mikroorganizmy i powoduje wzrost poziomu kwasu w mleku. Poza tym, że jest bogatym źródłem energii. Tłuszcz mlekowy zawiera znaczne ilości rozpuszczalnych w tłuszczach witamin (witaminy A, D, E, K) oraz aminokwasów egzogennych (kwas linolowy, linolenowy i arachidonowy). Odgrywają one ważną rolę w kształtowaniu pożądanego smaku i struktury mleka oraz produktów mlecznych. Ponadto, tłuszcz mlekowy trawiony jest łatwiej dzięki dużej ilości krótko- i średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych w swojej strukturze. Barwnik karotenowy przyczynia się do żółtawego zabarwienia tłuszczu mlekowego, podczas gdy ryboflawina nadaje tłuszczowi mlekowemu barwę fluorescencyjną. Im mniejsza zawartość tłuszczu mlekowego, tym mniejsza również zawartość rozpuszczonych w nim witamin. Mleko niewzbogacone zawiera bardzo niską ilość witamin D i K. Mleko zawiera również witaminy rozpuszczalne w wodzie. Jest ono również źródłem folacyny, ponieważ zawiera białka wiążące folacynę, które zwiększają wchłanianie białek surowicy. Jednak pomimo wysokiej zawartości witamin, niekontrolowana obróbka cieplna może zmniejszyć ich ilość. Biorąc pod uwagę zawartość minerałów, mleko jest najważniejszym źródłem wapnia i fosforu, które występują w nim na wymaganym poziomie. Pominąwszy masło, zaspokojenie zapotrzebowania organizmu na wapń (800-1200mg) bez spożywania mleka i produktów mlecznych jest niemożliwe. Mleko jest źródłem magnezu, potasu, cynku, itd. Na zawartość minerałów w mleku wpływa kilka czynników, takich jak stan fizjologiczny zwierząt, warunki laktacji, czynniki środowiskowe i genetyczne oraz procesy, którym poddawane jest mleko.

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.2. Przeciętny skład mleka krów różnych ras (g/100g mleka) (Hui, 1993). Tłuszcz

Białko

Laktoza

Minerały

Całkowita masa sucha

Holstein

3,54

3,29

4,68

0,72

12,16

Ayrshire

3,95

3,48

4,60

0,72

12,77

Guernsey

4,72

3,75

4,71

0,76

14,04

Jersey

5,13

3,98

4,83

0,77

14,42

Brown Swiss

3,99

3,64

4,94

0,74

13,08

Rasa

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.3. Przeciętny skład surowego mleka (w 100g mleka) Składniki Ilość Aminokwasy egzogenne

Energia (kcal)

Tłuszcz (g)

Białko (g)

Laktoza (g)

Woda (g)

3,8

3,3

4,8

87,2

Tryptofan

Fenyloalanina + Tyrozyna

Leucyna

Izoleucyna

0,05

0,35

0,34

0,21

Treonina

Metionina

Lizyna

Walina

0,17

0,12

0,27

0,22

Ilość (g) Aminokwasy egzogenne

Tabela 1.5. Kraje wiodące w produkcji mleka krowiego

Ilość (g)

Kraj

Minerały

Ilość (g)

0,12

0,10

0,12

0,15

0,05

0,10

Witaminy Ilość

Wit. A (mg) 0,06

Karoten (mg) 0,02

Wit. B1 (mg) 0,04

Wit. B2 (mg) 0,17

Wit. B6 (mg) 0,05

Wit. B12 (µg)

Niacyna (mg)

Kwas pantotenowy (mg)

Wit. C (mg)

Wit. E (mg)

0,50

0,09

0,36

2,0

0,12

1.2. Produkcja mleka krowiego

Według danych publikowanych każdego roku przez Organizację Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAAO), całkowita liczba bydła na świecie wzrosła o 0,9% w 2012 w porównaniu do roku poprzedniego i wynosiła ok. 1,5 mld. Tabela 1.4. Liczba krów mlecznych w UE, USA i Turcji (w mln) (FAOSTAT, 2015) Pochodzenie

2008

2009

2010

2011

2012

24,193

23,658

23,107

22,868

23,028

USA

9,315

5,431

9,119

9,194

9,223

TURCJA

4,080

4,133

4,384

4,761

5,431

Mleko krowie stanowi 83% całkowitej produkcji mleka na świecie. Produkcja wzrosła o 2,7% w 2011 w porównaniu do poprzedniego roku, a w 2012 wzrosła o 2,1%. Całkowita produkcja mleka krowiego i bydlęcego wzrosła o 2,6% do 739 mln ton w 2012. 54% całkowitej światowej produkcji mleka krowiego i bydlęcego ma miejsce w Azji i Europie. Według danych szacunkowych FAO, całkowita produkcja mleka wynosiła 738,9 mln ton i wzrosła o 2% do ok. 754 mln ton w 2012.

Wyprodukowana ilość

Wzrost produkcji Wskaźnik (%)

UE-27

152,0

0,0

USA

90,9

2,1

Indie

60,1

4,7

Chiny

37,4

2,4

Brazylia

33,7

2,0

Rosja

31,9

0,9

Nowa Zelandia

20,6

8,5

Turcja

16,0

15,8

Pakistan

13,9

3,8

Argentyna

11,7

1,2

Meksyk

11,3

2,1

Ukraina

10,1

2,6

Jak pokazuje Tabela 1.5., kraje europejskie wiodą prym w produkcji mleka, która wynosiła 152 mln ton, a USA, Indie, Chiny, Brazylia, Rosja, Nowa Zelandia, Turcja, Pakistan, Argentyna, Meksyk i Ukraina należą do grupy czołowych 12 krajów spoza UE z najwyższą produkcją mleka. Według badań FAO, produkcja mleka w Brazylii, Chinach i Indiach wzrasta regularnie, natomiast produkcja mleka w UE i USA stosunkowo maleje.

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.3. Przeciętny skład surowego mleka (w 100g mleka) Składniki Ilość Aminokwasy egzogenne

Energia (kcal)

Tłuszcz (g)

Białko (g)

Laktoza (g)

Woda (g)

3,8

3,3

4,8

87,2

Tryptofan

Fenyloalanina + Tyrozyna

Leucyna

Izoleucyna

0,05

0,35

0,34

0,21

Treonina

Metionina

Lizyna

Walina

0,17

0,12

0,27

0,22

Ilość (g) Aminokwasy egzogenne

Tabela 1.5. Kraje wiodące w produkcji mleka krowiego

Ilość (g)

Kraj

Minerały

Ilość (g)

0,12

0,10

0,12

0,15

0,05

0,10

Witaminy Ilość

Wit. A (mg) 0,06

Karoten (mg) 0,02

Wit. B1 (mg) 0,04

Wit. B2 (mg) 0,17

Wit. B6 (mg) 0,05

Wit. B12 (µg)

Niacyna (mg)

Kwas pantotenowy (mg)

Wit. C (mg)

Wit. E (mg)

0,50

0,09

0,36

2,0

0,12

1.2. Produkcja mleka krowiego

2008

2009

2010

2011

2012

24,193

23,658

23,107

22,868

23,028

USA

9,315

5,431

9,119

9,194

9,223

TURCJA

4,080

4,133

4,384

4,761

5,431

Wyprodukowana ilość

Wzrost produkcji Wskaźnik (%)

UE-27

152,0

0,0

USA

90,9

2,1

Indie

60,1

4,7

Chiny

37,4

2,4

Brazylia

33,7

2,0

Rosja

31,9

0,9

Nowa Zelandia

20,6

8,5

Turcja

16,0

15,8

Pakistan

13,9

3,8

Argentyna

11,7

1,2

Meksyk

11,3

2,1

Ukraina

10,1

2,6

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.6. Światowa produkcja mleka według gatunku (mln ton) (FAO, 2014). Gatunek

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Krowa

561,7

573,8

585,1

586,2

597,6

612,7

625,7

Owca

9,2

9,1

8,9

9,4

9,8

9,9

10,1

Koza

15,1

15,9

16,1

16,4

17,2

17,6

17,8

Bydło

84,2

85,4

88,3

92,2

95,6

97,4

Suma

668,8

685,1

697,7

702,3

719,2

738,9

753,9

mlecznej, trudnościami w sprzedaży mleka i produktów mlecznych oraz trudnościami organizacyjnymi związanymi z wydajnością krów mlecznych. Według danych TÜİK (Turecki Instytut Statystyczny), wielkość produkcji mleka spożywczego w Turcji w 2013 wynosiła 1 323 942 tony.

Według danych FAO, liczba dojonych zwierząt wzrosła w stosunku do roku poprzedniego, liczba bydła mlecznego wzrosła o 0,9%, a liczba owiec mlecznych o 1,5% w stosunku do roku poprzedniego. To, że wzrost produkcji mleka na świecie jest wyższy niż wzrost liczby dojonych zwierząt można wyjaśnić faktem, iż wzrosła mleczność.

Rysunek 1.2. Produkcja mleka krowiego na świecie z podziałem na lata (M: milion) (FAO, 2014).

Liczba zakładów produkcyjnych w sektorze mleczarskim w Turcji jest stosunkowo wysoka w porównaniu do innych krajów. Niemniej jednak, liczba krów mlecznych na jeden zakład mleczarski w krajach UE to 32,2, a w Turcji liczba ta wynosi średnio 4,5. 76,3% zakładów mleczarskich posiada między 1 a 10 zwierząt, natomiast 98,38% zakładów posiada mniej niż 50 zwierząt. Mała ilość zwierząt przypadających na jeden zakład mleczarski wiąże się z wysokimi kosztami produkcji, trudnościami w pozyskaniu bydła ras o wysokiej wydajności 14

Serwatka – aspekty teoretyczne

1. Wstęp

Tabela 1.6. Światowa produkcja mleka według gatunku (mln ton) (FAO, 2014). Gatunek

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Krowa

561,7

573,8

585,1

586,2

597,6

612,7

625,7

Owca

9,2

9,1

8,9

9,4

9,8

9,9

10,1

Koza

15,1

15,9

16,1

16,4

17,2

17,6

17,8

Bydło

84,2

85,4

88,3

92,2

95,6

97,4

Suma

668,8

685,1

697,7

702,3

719,2

738,9

753,9

Rysunek 1.2. Produkcja mleka krowiego na świecie z podziałem na lata (M: milion) (FAO, 2014).

2. ŚCIEKI MLECZARSKIE A SERWATKA Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

Ścieki mleczarskie zawierają chemikalia wykorzystywane podczas czyszczenia oraz substancje, takie jak białka, sól, związki tłuszczu i laktoza. Przemysł mleczarski wytwarza wiele różnych produktów i dlatego cechy charakteryzujące ścieki mleczarskie również różnią się w zależności od metod produkcyjnych oraz rodzajów systemów. Europejski przemysł mleczarski stanowi największe źródło ścieków przemysłowych. Przeciętny zakład mleczarski w Europie odprowadza 500 ton ścieków dziennie. Serwatka pojmowana jako ściek ma pozycję uprzywilejowaną wśród ścieków mleczarskich. Serwatka (W) jest jednym z najważniejszych odpadów w technologii mleczarskiej. Ogólnie mówiąc, jest ona żółtawą, zabarwioną na zielono cieczą pozostałą w wyniku oddzielenia skrzepu przy produkcji sera; jest ona roztworem laktozy zawierającym białko i minerały.

Fotografia 2.1. Serwatka wydzielana przy produkcji sera.

2. ŚCIEKI MLECZARSKIE A SERWATKA Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

Fotografia 2.1. Serwatka wydzielana przy produkcji sera.

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

Serwatka zakłóca biologiczne procesy w trakcie tradycyjnego oczyszczania ścieków ze względu na wysokie biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT) (40000-60000 ppm). Prowadzi to do bardzo poważnych problemów związanych z zanieczyszczeniem środowiska w przypadku długotrwałego uwalniania serwatki do środowiska.

i sławnych naukowców. Ibn-Sina (980-1037), autor ponad 200 dzieł, Thomas Sydenham (1624-1689), znany jako „angielski Hipokrates”, Hermann Boerhaave (1668-1738), sławny Holenderski lekarz, którego metody edukacji klinicznej stosowane są w całej Europie, stanowią jedynie kilka przykładów.

2.1. Historia serwatki

2.2. Przepisy prawa regulujące stosowanie serwatki

Serwatka została odkryta 3000 lat temu. Była wykorzystywana do celów terapeutycznych. W 1749 roku, w Zurychu w Szwajcarii, odnotowano przypadek pacjenta, u którego leczenie nie było możliwe do przeprowadzenia i któremu lekarze nie dawali szans na przeżycie. Pacjent ten wyjechał do Gais, by zamieszkać w skromnej chacie. Każdego dnia pił serwatkę, całkowicie pokonując chorobę. Nie wiadomo, czy pacjent ten dowiedział się o leczniczych właściwościach serwatki dzięki temu, że starożytni Greccy lekarze określali ją mianem „leczniczej wody” czy też została mu ona polecona przez lokalnych chłopów. Niemniej jednak, wieści o uzdrowieniu pomimo straszliwej diagnozy lekarzy szybko się rozeszły, sprowadzając do Gais wielu pacjentów chętnych skorzystać z cudownych właściwości serwatki. Wkrótce założono w tej małej wiosce ośrodek zdrowia, a następnie 160 kolejnych na terenie Szwajcarii, Austrii i Niemiec. Ośrodki te przeżywały swój rozkwit na przełomie XVIII i XIX wieku. Sława o serwatce i jej leczniczych właściwościach szybko się rozniosła i przyciągnęła do tych ośrodków cesarzy, książąt i arystokratów z całej Europy, by mogli oni rozwiązać swoje problemy zdrowotne lub poprawić ogólny stan zdrowia. Lecznicze właściwości serwatki zostały odkryte w czasach starożytnych, a współcześni naukowcy nadal utrzymują prawdziwość danych pochodzących z tamtych czasów. Hipokrates (466-377 p.n.e.), ojciec medycyny, zalecał stosowanie serwatki swoim pacjentom. Następnie Galen (131-200), kolejna znakomita postać w historii medycyny, również doradzał serwatkę swoim pacjentom. Serwatka zalecana była również przez innych wybitnych 18

Ocena oddziaływania na środowisko (OOŚ) oznacza czynności, które należy przeprowadzić w celu określenia możliwego, negatywnego I/lub pozytywnego, wpływu planowanego przedsięwzięcia na środowisko, ocenę środków, które należy podjąć, by zapobiec lub zminimalizować negatywny wpływ na środowisko naturalne i wybraną lokalizację, jak i alternatywnych rozwiązań technologicznych oraz monitorowanie i kontrolowanie przedsięwzięcia zgodnie z Rozporządzeniem Tureckiego Ministerstwa Środowiska i Urbanizacji w sprawie oceny oddziaływania na środowisko. Realizując przedsięwzięcie, w sprawie którego podjęto decyzję o konieczności przeprowadzenia OOŚ, należy sporządzić raport. Lista przedsięwzięć, których dotyczy konieczność przeprowadzenia OOŚ dołączona jest do wspomnianego rozporządzenia. Zakłady przetwórstwa mlecznego, których zdolności przetwórcze surowego mleka sięgają 100 000 litrów/dzień lub więcej podlegają OOŚ. 2.3. Wytwarzanie serwatki przy produkcji sera

Kazeina, podstawowe białko zawarte w mleku, ścina się, gdy świeże mleko gotowane jest w wysokiej temperaturze. Jeśli po zagotowaniu, mleko nie zostanie wstrząśnięte lub zamieszanie, pojawia się na nim żelowa struktura. Następnie można zaobserwować wydzielanie serwatki. Proces ten można przyspieszyć, poddając mleko obróbce cieplnej i mieszając go. Następnie, skrzep i serwatka poddawane są separacji. Proces ten jest podstawą produkcji serów. Na przestrzeni wieków koagulację mleka przeprowadzano z udziałem podpuszczki otrzymywanej

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

2.1. Historia serwatki

2.2. Przepisy prawa regulujące stosowanie serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

z żołądka cielęcego. Przy produkcji sera, kazeina i tłuszcz występują w formie stężonej, ale inne składniki mleka przechodzą do serwatki wraz z wodą. Podstawowa produkcja wszystkich typów sera przebiega następująco: 1. Koagulacja mleka: W opisanym poniżej procesie wykorzystywana jest podpuszczka lub kwas, bądź obie te substancje. Na tym etapie pojawia się żelowa struktura składająca się z białek kazeinowych, które tworzą strukturę przypominającą sieć otoczoną cząsteczkami tłuszczu. 2. Wydzielanie serwatki: Na tym etapie woda oraz rozpuszczalne w wodzie składniki wydzielane są z żelowej struktury. 3. Tworzenie się kwasu: Część laktozy przekształca się w kwas mlekowy. 4. Solenie: Do solenia wykorzystywany jest NaCl. 5. Dojrzewanie: Ser musi dojrzeć, aby uzyskał pożądany smak i właściwości strukturalne.

2.4. Wytwarzanie serwatki przy produkcji kazeiny

Kazeina to białko otrzymywane w procesie ścinania, wypłukiwania i suszenia odtłuszczonego mleka. Istnieją dwa rodzaje kazeiny wykorzystywanej w przemyśle. Jednym z nich jest „kazeina kwasowa” wytwarzana poprzez ścinanie odtłuszczonego mleka za pomocą kwasu mineralnego lub mlekowego. Drugim rodzajem jest „kazeina podpuszczkowa” otrzymywana w procesie ścinania odtłuszczonego mleka przy użyciu podpuszczki. Serwatka wydziela się ze skrzepu zaraz po koagulacji kazeiny przy użyciu kwasu lub podpuszczki. Oddzielenia serwatki od skrzepu można dokonać za pomocą jednej z wymienionych poniżej metod: - Przy użyciu drobnych sit wykonanych ze stali nierdzewnej, - Przy użyciu sita uchylnego wykonanego z poliestru, - Przy użyciu urządzeń mechanicznych, takich jak separator wirówkowy. Odtłuszczone mleko pasteryzowane

MLEKO Podpuszczka lub kwas, bądź oba Powstawanie skrzepu i żelowanie

Koagulacja kazeiny Przy użyciu kwasu mineralnego (np. HCl)

Przy użyciu bakterii kwasu mlekowego

Przy użyciu podpuszczki

Cięcie skrzepu

SERWATKA

Oddzielanie

SERWATKA

Formowanie (prasowanie) Solenie

Dojrzewanie

Rysunek 2.1. Ogólny schemat blokowy produkcji sera i wydzielania serwatki (Walstra et al., 1999). 20

Kazeina kwasowa + SERWATKA

Kazeina podpuszczkowa + SERWATKA Skrzep kazeinowy + SERWATKA

SERWATKA

Oddzielanie

Skrzep kazeinowy

Rysunek 2.2. Wydzielanie serwatki przy produkcji skrzepu kazeinowego z wykorzystaniem kwasu lub podpuszczki (Gürsel, 2001). 21

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

2.4. Wytwarzanie serwatki przy produkcji kazeiny

MLEKO Podpuszczka lub kwas, bądź oba Powstawanie skrzepu i żelowanie

Koagulacja kazeiny Przy użyciu kwasu mineralnego (np. HCl)

Przy użyciu bakterii kwasu mlekowego

Przy użyciu podpuszczki

Cięcie skrzepu

SERWATKA

Oddzielanie

SERWATKA

Formowanie (prasowanie) Solenie

Dojrzewanie

Rysunek 2.1. Ogólny schemat blokowy produkcji sera i wydzielania serwatki (Walstra et al., 1999). 20

Kazeina kwasowa + SERWATKA

Kazeina podpuszczkowa + SERWATKA Skrzep kazeinowy + SERWATKA

SERWATKA

Oddzielanie

Skrzep kazeinowy

Rysunek 2.2. Wydzielanie serwatki przy produkcji skrzepu kazeinowego z wykorzystaniem kwasu lub podpuszczki (Gürsel, 2001). 21

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

W zależności od sposoby wytwarzania wyróżnia się dwa rodzaje serwatki: słodką i kwaśną. 1. Serwatka słodka: produkt uboczny procesu ścinania mleka o kwasowości wynoszącej zwykle ok. 5,6 pH z wykorzystaniem enzymu podpuszczki. 2. Serwatka kwaśna: Serwatka kwaśna jest produktem ubocznym powstającym przy zakwaszaniu mleka o pH 5,1 i niższym. Serwatka to rozcieńczony płyn. Całkowita zawartość masy suchej w serwatce wynosi ok 6%. Serwatka stanowi około 85-95% objętości mleka i zawiera prawie 55% składników obecnych w mleku. Jest ona istotnym produktem ubocznym zawierającym w zmiennych proporcjach białka, takie jak laktoalbumina i laktoglobulina, składniki obecne w mleku, laktozę, tłuszcz, substancje mineralne oraz witaminy. Rodzaj i ilość substancji zawartych w słodkiej i kwaśnej serwatce wyrażone w gramach/litr (g/l) przedstawia Tabela 1.

ka serwatkowe”. Białka te zawierają najwyższą wartość odżywczą ze wszystkich białek obecnych w żywności. Jak przedstawiono na Rysunku 2.3., białka serwatkowe charakteryzują się wartością biologiczną o 15% wyższą niż wartość biologiczna białek jaj. Ponadto, zaobserwowano również, że w porównaniu z innymi białkami przyjmowanymi wraz z pożywieniem białka serwatkowe są bogatym źródłem aminokwasów zasadowych. (Rysunek 2.4.). 100

Wartość biologiczna

2.5. Rodzaje i skład serwatki

0 Serwatka

jaja

mięso

soja

kazeina

ryby

Rysunek 2.3. Wartość biologiczna serwatki w porównaniu do niektórych białek obecnych w żywności (Smithers, 2008). Serwatka kwaśna

Całkowita masa sucha

63,0 – 70,0

Laktoza

46,0 – 52,0

44,0 – 46,0

Białko

6,0 – 10,0

6,0 – 8,0

Wapń

0,4 – 0,6

1,2 – 1,6

Fosforan

1,0 – 3,0

2,0 – 4,5

Mleczan

2,0

6,4

Chlorek

1,1

Główne białka obecne w serwatce to β-laktoglobulina, α-laktoalbumina, glikomakropeptyd (GMP), laktoferyna, surowicza albumina wołowa (BSA) oraz immunoglobuliny. Określa się je nazwą „biał-

Aminokwasy egzogenne (mg.g-1)

Serwatka słodka

Tabela 2.1. Skład serwatki (g/l) Składnik

400 300 200 100 0 Serwatka

jaja

kazeina

mięso

soja

Rysunek 2.4. Aminokwasy zasadowe w serwatce w porównaniu do niektórych białek obecnych w żywności (Smithers, 2008).

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

Wartość biologiczna

2.5. Rodzaje i skład serwatki

0 Serwatka

jaja

mięso

soja

kazeina

ryby

Rysunek 2.3. Wartość biologiczna serwatki w porównaniu do niektórych białek obecnych w żywności (Smithers, 2008). Serwatka kwaśna

Całkowita masa sucha

63,0 – 70,0

Laktoza

46,0 – 52,0

44,0 – 46,0

Białko

6,0 – 10,0

6,0 – 8,0

Wapń

0,4 – 0,6

1,2 – 1,6

Fosforan

1,0 – 3,0

2,0 – 4,5

Mleczan

2,0

6,4

Chlorek

1,1

Aminokwasy egzogenne (mg.g-1)

Serwatka słodka

Tabela 2.1. Skład serwatki (g/l) Składnik

400 300 200 100 0 Serwatka

jaja

kazeina

mięso

soja

Rysunek 2.4. Aminokwasy zasadowe w serwatce w porównaniu do niektórych białek obecnych w żywności (Smithers, 2008).

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

Białka serwatkowe mają znakomite właściwości odżywcze i wykazują korzystny wpływ na stan zdrowia w następujących dziedzinach: (i) sprawność fizyczna, regeneracja po ćwiczeniach fizycznych i zapobieganie zanikowi mięśni, (ii) uczucie sytości i kontrola wagi ciała, (iii) zdrowie układu krążenia, (iv) właściwości przeciwnowotworowe, (v) pielęgnacja i leczenie ran, (vi) kontrola infekcji, (vii) żywienie niemowląt oraz (viii) zdrowe starzenie się. 2.6. Ogólne aspekty branży

Zgodnie z ogólnie przyjętą zasadą, podczas produkcji 1 kg sera wydzielanych jest 9 litrów serwatki. Ustalono, że światowa produkcja serwatki wynosi powyżej 160 ton i wzrasta każdego roku o 1-2%. Znaczna część serwatki przekształcana jest w serwatkę w proszku; pozostała część przekształcana jest w inne produkty, takie jak słodka serwatka w proszku, serwatka demineralizowana, serwatka odlaktozowana, koncentrat białka serwatkowego (WPC), izolat białka serwatkowego (WPI) i laktoza. Produkty, takie jak WPC i WPI wykorzystywane są w branży farmaceutycznej i kosmetycznej. Ogólne informacje na temat procesów przetwarzania płynnej serwatki, produktów wytwarzanych z serwatki oraz obszarów zastosowania przedstawia Rysunek 2.5. SERWATKA płynna SERWATKA w proszku lub skondensowana

LAKTOZA

SERWATKA zdemineralizowana

Żywienie ludzi Żywienie zwierząt

Środek brązujący Produkcja słodkiego syropu Substrat fermentacji

Żywienie niemowląt

Ultrafiltracja Permeat

Produkty fermentacji (w tym paliwo)

WPC, WPI Białka jadalne Hydrolizat laktozy

Ze względu na właściwości odżywcze i funkcjonalne, białka serwatkowe dodawane są do różnych produktów żywnościowych. Przykładowo, wykorzystywane są w napojach dla sportowców jako wysokiej jakości suplement białkowy. Serwatka składa się w niemalże 93% z wody, a białko stanowi prawie 0,6% jej masy. WPC zawiera między 25 a 80% białka, a WPI 90% lub więcej. 1 kg WPI w proszku wytwarzany jest ze 150 kg serwatki przy wykorzystaniu różnych metod przetwarzania oraz z przynajmniej 149 kg wody i substancji rozpuszczalnych w wodzie. Przeprowadzane pod ciśnieniem membranowe techniki separacji wykorzystywane do produkcji WPC i WPI obejmują odwróconą osmozę, ultrafiltrację (UF), mikrofiltrację (MF) i nanofiltrację (NF). Procesy membranowe przeprowadzane w polu elektrycznym to elektrodializa i elektrodejonizacja. Współczesne techniki wykorzystywane do rozwoju metod przetwarzania serwatki w ciągu ostatnich 15 lat koncentrowały się na jakości i bezpieczeństwie oraz zaawansowanych metodach separacyjnych i podziale na frakcje. Metody chromatograficzne wykorzystywane są do przeprowadzania izolacji białek serwatkowych oraz podziału na frakcje na skalę handlową. Ponadto, rozwój procesów membranowych umożliwił produkcję na większą skalę specjalnych składników serwatki (dużej ilości białek/izolatów peptydów oraz frakcyjnych/oczyszczonych białek proaktywnych, itp.). W trakcie przetwarzania serwatki uwalniana jest w dużej ilości laktoza i bogaty w minerały permeat. Nowoczesne technologie wykorzystywane również były w ostatnich 10 latach do przeprowadzania prostej i wydajnej hydrolizy i izolacji laktozy na skalę handlową, wspierając tanią produkcję. Opracowywane są nowe zastosowania dla serwatki i jej składników, by zwiększyć różnorodność zdrowych produktów żywnościowych. Serwatka i otrzymywane z niej produkty mają szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, a zwłaszcza w rolnictwie, żywieniu i biotechnologii, i wykorzystywane są do wielu różnych celów.

Rysunek 2.5. Procesy przetwarzania płynnej serwatki (Tunick, 2008).

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

LAKTOZA

SERWATKA zdemineralizowana

Żywienie ludzi Żywienie zwierząt

Środek brązujący Produkcja słodkiego syropu Substrat fermentacji

Żywienie niemowląt

Ultrafiltracja Permeat

Produkty fermentacji (w tym paliwo)

WPC, WPI Białka jadalne Hydrolizat laktozy

Rysunek 2.5. Procesy przetwarzania płynnej serwatki (Tunick, 2008).

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

2.7. Serwatka: Od ścieków do pełnowartościowych produktów

Serwatka prowadzi do poważnych problemów środowiskowych ze względu na to, że zawiera i uwalnia duże ilości substancji organicznych. Opracowanie wydajnego planu wykorzystania serwatki gwarantuje otrzymanie wartościowych produktów i zapobiega szkodliwemu wpływowi na środowisko. Dzięki temu wykorzystanie i utylizacja serwatki na dużą skalę dostarcza podwójnych korzyści. Produkcję wyrobów mleczarskich i pozyskiwanie serwatki prezentuje Rysunek 2.6. Niektóre z podstawowych produktów ubocznych, takich jak laktoza pozyskiwana z serwatki, prezentuje Rysunek 2.4. Wyroby mleczarskie pozyskiwane z serwatki wykorzystywane są jako składnik produktów takich jak jogurt lub lody. Serwatka i substancje w niej zawarte stosowane są również jako składnik podnoszący wartość wielu produktów spożywczych takich jak żywność dla niemowląt, pieczywo, mięso i produkty rybne. Ponadto, serwatka ma wiele zastosowań ze względu na swoje wartości odżywcze. Serwatka należy do kategorii tzw. żywności funkcjonalnej wywierającej korzystny wpływ na zdrowie i dlatego budzi obecnie wzrastające zainteresowanie. Serwatka i jej składniki cieszą się również coraz większym zainteresowaniem jako składnik funkcjonalny zdrowej żywności oraz żywności dietetycznej, np. w dietetyce klinicznej. Bioaktywne składniki serwatki, w takim samym stopniu co bioaktywne białka, coraz częściej znajdują zastosowanie nie tylko w przemyśle spożywczym, ale również w przemyśle farmaceutycznym. W UE ponad 25% produktów otrzymywanych z serwatki wykorzystywanych jest w produktach żywnościowych dla ludzi. Szacuje się, że wykorzystanie serwatki i produktów z niej otrzymywanych w żywności dla ludzi znacznie wzrośnie w najbliższej przyszłości.

Mleko pełne Odwirowanie

Mleko odtłuszczone

Śmietana

Zmaślanie

Ogrzewanie

Zakwaszanie

Proteoliza

Ultrafiltracja

Masło

Współstrącanie

Kazeina kwasowa

Kazeina podpuszczkowa

Koncentrat białek mlecznych

Oddzielanie

Oddzielanie Bezwodny tłuszcz mleczny

Frakcjonowanie

Kazeinat

Hydroliza

Frakcje tłuszczu mlecznego

Neutraliacja

Krystalizacja Laktoza

Serwatka

Ultrafiltracja

Wymiana jonowa

Koncentraty białek serwatkowych

Izolaty białek serwatkowych

Hydroliza Hydrolizat kazeiny

Hydrolizat białek serwatkowych

Rysunek 2.6. Schemat blokowy produkcji składników mlecznych – Proces odzyskiwania serwatki.

2.8. Czynniki wpływające na jakość produktów otrzymywanych z serwatki

Czynniki na wszystkich etapach produkcji, począwszy od jakości surowego mleka wykorzystywanego do produkcji sera, mają wpływ na jakość serwatki i produktów z niej otrzymywanych ze względu na fakt, iż serwatka uwalniana jest, kiedy mleko przetwarzane jest na ser. Ko27

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

2.7. Serwatka: Od ścieków do pełnowartościowych produktów

Mleko pełne Odwirowanie

Mleko odtłuszczone

Śmietana

Zmaślanie

Ogrzewanie

Zakwaszanie

Proteoliza

Ultrafiltracja

Masło

Współstrącanie

Kazeina kwasowa

Kazeina podpuszczkowa

Koncentrat białek mlecznych

Oddzielanie

Oddzielanie Bezwodny tłuszcz mleczny

Frakcjonowanie

Kazeinat

Hydroliza

Frakcje tłuszczu mlecznego

Neutraliacja

Krystalizacja Laktoza

Serwatka

Ultrafiltracja

Wymiana jonowa

Koncentraty białek serwatkowych

Izolaty białek serwatkowych

Hydroliza Hydrolizat kazeiny

Hydrolizat białek serwatkowych

Rysunek 2.6. Schemat blokowy produkcji składników mlecznych – Proces odzyskiwania serwatki.

2.8. Czynniki wpływające na jakość produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

lejne etapy produkcji, m.in. przechowywanie serwatki, przetwarzanie jej na inne produkty oraz przechowywanie tych produktów, również wpływają na jakość produktu. Wymagania dotyczące mleka przetwarzanego na ser: – Dojenie i przechowywanie mleka muszą odbywać się w warunkach higienicznych, – Jeśli mleka nie przetwarza się natychmiast po dojeniu musi ono zostać ochłodzone, – Mleko należy poddać pasteryzacji w celu usunięcia patogenów. Ze względu na higienę oraz aby zapobiec zanieczyszczeniu mikroorganizmami wyrób sera musi być odpowiednio zabezpieczony. Przetwarzając serwatkę na inne produkty, w trakcie obróbki wstępnej należy przede wszystkimi przeprowadzić klaryfikację. Ziarna skrzepu oddzielane są od serwatki w procesie wirowania. Proces ten ma bardzo istotne znaczenie, ponieważ wpływa na smak i rozpuszczalność produktu końcowego. Innym istotnym procesem, któremu poddaje się serwatkę jest pasteryzacja. Proces ten należy obowiązkowo przeprowadzić, by produkt był stabilny mikrobiologicznie. Jeśli po przeprowadzeniu tych procesów, serwatka, zanim przetworzy się ją w inny produkt, będzie najpierw przechowywana, należy ją schłodzić do temperatury poniżej 5°C. Znanym faktem jest, iż znacząca część serwatki produkowanej na całym świecie przetwarzana jest na serwatkę w proszku. Zgodnie z Tureckimi Normami (TS 11860), serwatka w proszku musi mieć barwę białą lub kremową, posiadać unikatową strukturę, wygląd, smak i zapach i nie może zawierać żadnych substancji obcych. Poziom wilgoci może wynosić maksymalnie 4,5%, całkowita zawartość białek musi wynosić minimum 11%, a laktozy minimum 65%. Właś28

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

ciwości mikrobiologiczne serwatki w proszku zostały również podane w wyżej wymienionej normie. Rodzaj mikroorganizmów zawartych w produkcie ma istotne znaczenie, ponieważ określa jakość mikrobiologiczną serwatki w proszku. Na cechy jakościowe serwatki w proszku znaczny wpływ mają procesy produkcyjne. Serwatka w proszku nie może zostać uznana za produkt bezpieczny pod względem mikrobiologicznym jeśli zostanie stwierdzone, że: – W trakcie obróbki cieplnej mikroorganizmy zawarte w serwatce były nadal aktywne, – W trakcie procesów przetwarzania serwatki w serwatkę sproszkowaną pojawiły się nowe mikroorganizmy, – W trakcie produkcji doszło do zakażenia mikroorganizmami. Ważnym kryterium jakości produktów w proszku, w tym serwatki w proszku, jest poziom rozpuszczalności produktu. Produkty w proszku muszą łatwo rozpuszczać się w wodzie. Najważniejszym czynnikiem mającym wpływ na wysoką rozpuszczalność produktu jest metoda jego suszenia. Znanym faktem jest, że rozpuszczalność serwatki w proszku suszonej rozpyłowo utrzymuje się na wysokim poziomie. Zgodnie z normą TS 11860, stopień rozpuszczalności serwatki klasy A wynosi 98%, natomiast stopień rozpuszczalności serwatki klasy B wynosi 85%. Stwierdzono, że serwatka w proszku tworzy grudki, które następnie przekształcane są w bryły. Jakość serwatki ulega pogorszeniu jeśli serwatka w proszku absorbuje wodę z powietrza. Za zjawisko to odpowiedzialne są kryształki laktozy. Bryły nie tworzą się w warunkach niskiej aktywności wody (poniżej 0,4), ponieważ woda jest niezbędna, by doszło do krystalizacji laktozy. Dlatego najważniejszym procesem wpływającym na jakość produktu jest pakowanie serwatki w proszku przeprowadzone w taki sposób, by nie doszło do kontaktu z wilgocią w powietrzu. 29

Serwatka – aspekty teoretyczne

2. Ścieki mleczarskie a serwatka (COMU, TR)

Serwatka – aspekty teoretyczne

Zgodnie z normą TS 11860 serwatkę w proszku należy pakować tak, by nie dopuścić do przedostania się powietrza, wilgoci i światła. Zgodnie z przepisami prawa (TS 1234) do pakowania należy użyć jednej lub kilku złożonych warstw tworzywa sztucznego, laminowanych lub pokrytych woskiem, toreb papierowych pokrytych aluminium lub polietylenem bądź puszek. Serwatka w proszku może być pakowana próżniowo lub w atmosferze gazu obojętnego (80% azotu i 20% CO2). Serwatka w proszku nie może być przewożona ani przechowywana w miejscach, w których panuje brzydki zapach, ponieważ może on niekorzystnie wpłynąć na jej właściwości. Zapakowany produkt przechowywany być musi na suchej powierzchni na drewnianych kratach. Serwatkę w proszku należy chronić przez światłem słonecznym w trakcie magazynowania i transport. Należy również podjąć środki zapobiegające zepsuciu produktu.

3. PRZETWARZANIE SERWATKI: Zastosowanie i główne produkty Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

3.1. Zastosowanie serwatki

– W przemyśle spożywczym Serwatka ma wiele zastosowań w przemyśle spożywczym. Na bazie serwatki produkowane są różne napoje alkoholowe i bezalkoholowe chociaż zastosowanie to nie jest rozpowszechnione w naszym kraju. Białka obecne w serwatce są wykorzystywane do wyrobu produktów cukierniczych, np. ciast, czekolady, słodyczy oraz wielu rodzajów deserów, ze względu na to, że nadają produktowi odpowiednią strukturę, kontrolują poziom wilgoci i posiadają właściwości emulgacyjne i pianotwórcze. Białka obecne w serwatce wykorzystywane są do produkcji wyrobów takich jak śmietana, majonez, serki topione, sosy do mięs i sałatek ze względu na wysokie zdolności emulgacyjne i stabilizujące. Ponadto, białka serwatkowe wykorzystywane są jako zagęszczacz o wysokiej zdolności żelowania zup kremów, sosów do mięs i innych podobnych produktów.

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. PRZETWARZANIE SERWATKI: Zastosowanie i główne produkty Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

3.1. Zastosowanie serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

Koncentraty serwatki nadają odpowiednią strukturę twarogowi, serkowi wiejskiemu i serkowi topionemu, zwiększają uzysk produkowanego sera Cheddar i lepkość jogurtu dzięki zdolności wiązania wody. Białka serwatkowe są również wykorzystywane w przemyśle mięsnym ze względu na zdolność wiązania wody i tłuszczu oraz tworzenie trwałych emulsji. Serwatka w proszku wykorzystywana jest w produktach mięsnych, np. w kiełbasie, salami oraz w niektórych sosach. Poza tym, serwatka w proszku, zamiast odtłuszczonego mleka w proszku, wykorzystywana jest w produktach piekarniczych, np. w ciastach i ciastkach, oraz w wyrobach cukierniczych ze względu na wysoką zawartość laktozy. Białka zawarte w serwatce stosowane są również do produkcji żywności dla niemowląt. Bardziej szczegółowe dane dotyczące wykorzystania serwatki w przemyśle spożywczym zostały omówione w kolejnych rozdziałach. – W medycynie W wielokrotnie przeprowadzanych badaniach klinicznych stwierdzono, że serwatka przynosi pozytywne wyniki w leczeniu raka, HIV, wirusowego zapalenia wątroby typu B, chorób układu krążenia i osteoporozy. Zanim dokonano analizy wpływu białek i aminokwasów serwatki na ludzkie zdrowie naukowcy przeprowadzili badania na myszach obejmujące badania zmian fizjologicznych i biologicznych, pomiar poziomu glikogenu mięśniowego oraz badania zmian funkcjonowania po przyjęciu pokarmu opartego na białku serwatki. Następnie określili oni wpływ białek i aminokwasów serwatki na różne choroby człowieka. Sugeruje się, że białka obecne w serwatce silniej oddziałują na raka niż kazeina. Badania przeprowadzone na zwierzętach wskazują, że serwatka zapobiega onkogenezie, a ryzyko zachorowania na raka maleje. Na podstawie badań przeprowadzonych na myszach stwierdzono, że białka zawarte w serwatce skuteczniej zapobiegają rakowi okrężnicy niż inne białka, takie jak białka obecne w mięsie i soi. Stwierdzono, że dieta obejmująca laktoferynę lub β-laktoglobulinę zwiększa działanie ochronne przed rozwojem nowotworu w ścianie jelita.

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Glutation, wykazujący właściwości przeciwutleniające, jest istotnym elementem układu odpornościowego. Białka serwatkowe to unikatowe białka zwiększające produkcję glutationu przy odpowiednio wysokim stężeniu cysteiny. Wyniki badań wskazują również na właściwości przeciwutleniające laktoferyny i laktoferycyny występujących w serwatce. Ponadto, stwierdzono, że peptydy bioaktywne pochodzące z białek serwatkowych są inhibitorami konwertazy angiotensyny (ACE) i wykazują działanie ochronne przed nadciśnieniem. Istnieją dowody na to, że serwatka wspomaga rozwój i ochronę kości oraz zapobiega osteoporozie dzięki zawartości laktoferyny i laktoperoksydazy. Ponadto, pomaga utrzymać prawidłową wagę ciała i zapobiega otyłości. Wykazano, że konsumpcja laktoferyny wraz z żywnością jest skutecznym środkiem przeciwko patogenom, takim jak bakterie i wirusy. Przykładowo, udowodniono, że laktoferyna wykazuje działanie ochronne przed wirusem Haemophilus influenza wywołującym zapalenie ucha u dzieci. Ponadto, odkryto również, że laktoferyna ma działanie ochronne wobec różnych wirusów, m.in. cytomegalowirusa (CMV), wirusa grypy typu A i B, rotawirusom, wirusa opryszczki pospolitej typu 1 i 2 oraz wirusa zapalenia wątroby typu C. Stwierdzono również, że stężenie glutationu w osoczu u pacjentów zakażonych wirusem HIV znacząco zwiększa się w wyniku spożywania suplementów serwatki. Przeprowadzono również badania, które wykazały, że białka serwatkowe obniżają poziom cholesterolu w osoczu i wątrobie. Obecnie, białka serwatkowe i suplementy aminokwasowe stanowią przewagę nad lekami, które prowadzą do wystąpienia skutków ubocznych u ludzi. Dlatego należy przeprowadzić więcej badań nad właściwościami białek serwatkowych i związków bioaktywnych, a wyniki tych nadań powinny zostać zdefiniowane. – W rolnictwie i hodowli zwierząt Serwatka to produkt uboczny mogący potencjalnie zostać wykorzystany w działalności rolniczej i żywieniu zwierząt. 33

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

W niektórych z przeprowadzonych badań stwierdzono, że serwatka wykazuje działanie inhibitujące wirusy roślinne. Badacze wykazali, że spryskiwanie jęczmienia serwatką zapobiega przenikaniu wirusów przez powierzchnię rośliny i ich rozprzestrzenianiu się na polu uprawnym. Odkryto, że działanie antywirusowe związane jest z białkami serwatkowymi. W innym przeprowadzonym badaniu stwierdzono, że spryskiwanie liści pomidora serwatką przez okres 6 dni znacznie ogranicza aktywność wirusa mozaiki pomidora. Ponadto, wykazano, że serwatka jest skutecznym środkiem przeciwko niektórym wirusom atakującym ogórki i tytoń.

Zwłaszcza WPC80 i WPI (szczegółowe informacje w Rozdziale 3.2), zawierające minimalną ilość tłuszczu i laktozy, dostarczają sportowcom wysokiej jakości białek.

Serwatka może być wykorzystywana w rolnictwie jako środek owadobójczy. Prowadzone są badania nad wykorzystywaniem serwatki do zwalczania wciornastków atakujących młode drzewka.

Suplementy zawierające białko serwatkowe są również bogate w aminokwasy rozgałęzione. Aminokwasy te to leucyna, izoleucyna i walina. Aminokwasy te odgrywają istotną rolę w metabolizmie mięśni sportowców. Ze względu na to, że rozgałęzione aminokwasy, szczególnie leucyna, pełnią istotną rolę w translacji DNA, ważnym jest, by aminokwas ten był dostarczany do mięśni, które dzięki niemu szybciej się regenerują.

Odnotowano, że serwatka może być wykorzystywana jako przynęta na wciornastki żerujące na owocach cytrusowych. Phloxine B, fotoaktywna substancja barwiąca, oraz serwatka są wykorzystywane łącznie jako środek owadobójczy przeciw wciornastkom. Ponadto, prowadzone są również badania nad stosowaniem serwatki do zwalczania owadów atakujących cebulki kwiatowe. Serwatka podawana jest zwierzętom do picia bezpośrednio lub dodawana jest do paszy. W badaniach przeprowadzonych głównie na przeżuwaczach stwierdzono, że przyswajalność składników suchej masy z paszy wzrasta jeśli jest ona zmiękczana przy użyciu serwatki zamiast wody. Wykazano również, że wzrasta wykorzystanie białka i fosforu jeśli do paszy doda się 5% serwatki. – W żywieniu sportowców Białka serwatkowe są wykorzystywane jako składnik napojów dla sportowców ze względu na swoją wysoką jakość. Przeprowadzone badanie dowodzą, że białka serwatkowe przynoszą wiele korzyści osobom uprawiającym lekkoatletykę. Niektóre z badań klinicznych wykazały, że białka serwatkowe obecne w diecie lekkoatletów mają bezpośredni wpływ na ich wyniki. 34

Profil aminokwasowy serwatki w dużym stopniu przypomina aminokwasy obecne w mięśniach szkieletowych. Suplementy na bazie białka serwatkowego zawierają więcej aminokwasów zasadowych niż inne źródła białka. Aminokwasy zasadowe są niezbędne, by przeprowadzić syntezę białek mięśniowych.

Cysteina, aminokwas obecny w strukturze białka serwatkowego, pomaga sportowcom utrzymać prawidłową wagę ciała przy równoczesnym powiększaniu się masy mięśniowej. Białkom serwatkowym przypisuje się wartość unikatową ze względu na to, że trawione są w inny sposób niż pozostałe białka. Dzięki temu, że są szybko wchłaniane, więcej aminokwasów dociera do tkanek, a synteza białek przebiega szybciej. Białka serwatkowe można przyjmować przed, w trakcie i po treningu dzięki temu, że są rozpuszczalne w wodzie i można je mieszać z dowolnym płynem. Są jednym z kilku zalecanych suplementów diety mających na celu rozwijanie adaptacji fizjologicznej podczas wysiłku fizycznego i poprawianie wyników. Niemniej jednak, badania nad wykorzystaniem białek serwatkowych w celu optymalizacji zdrowia i wyników sportowców są nadal niewystarczające. Dlatego należy przeprowadzić więcej ba35

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Zwłaszcza WPC80 i WPI (szczegółowe informacje w Rozdziale 3.2), zawierające minimalną ilość tłuszczu i laktozy, dostarczają sportowcom wysokiej jakości białek.

Serwatka może być wykorzystywana w rolnictwie jako środek owadobójczy. Prowadzone są badania nad wykorzystywaniem serwatki do zwalczania wciornastków atakujących młode drzewka.

Serwatka – aspekty teoretyczne

dań klinicznych, by móc opracować bardziej przejrzyste i precyzyjne zalecenia. – W przemyśle kosmetycznym Obecnie, postęp technologiczny w przemyśle kosmetycznym wpływa na jakość produktów, wykorzystanie zasobów naturalnych w produkcji oraz ochronę środowiska. Hydrokoloidy, tak jak i białka, są stosowane do wytwarzania produktów wykazujących właściwości funkcjonalne i aktywność biologiczną. Serwatka jest istotnym zasobem znajdującym zastosowanie jako naturalny składnik kosmetyków ze względu na zawartość cennych związków, a zwłaszcza białek. Największe znaczenie mają właściwości białek serwatkowych, takie jak zdolność wiązania wody, pianotwórczość, właściwości emulgacyjne i żelujące. Hydrolizowane białka serwatkowe to bezpieczne, funkcjonalne składniki kosmetyków. Otrzymywane są w rezultacie częściowej hydrolizy białek serwatkowych przeprowadzanej przy użyciu kwasu, enzymu lub innych metod i można je wykorzystywać w kosmetyce jako środek nawilżający skórę. Stwierdzono, że związki o niskiej masie cząsteczkowej obecne w białkach serwatkowych mają bardzo podobne właściwości do naturalnych czynników nawilżających w ludzkiej skórze. Frakcja minerałów serwatki o niskiej masie cząsteczkowej stosowana w kosmetykach to produkt uboczny przy produkcji koncentratu i izolatu serwatki. Właściwości tych substancji, takie jak rozpuszczalność w wodzie, zdolność do wiązania wody i szybkie rozchodzenie się w komórkach, przypominają właściwości kwasu hialuronowego wykorzystywanego w przemyśle kosmetycznym. Dlatego substancje te są również wykorzystywane w produktach kosmetycznych, np. mydłach i balsamach dla dzieci. Ponadto, badania kliniczne wykazały również, że produkty kosmetyczne zawierające substancje pozyskiwane z serwatki są skutecznym środkiem przeciwko zapaleniu skóry. 36

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Wyniki badań nad zastosowaniem serwatki w szamponach wykazują, że serwatka może być z powodzeniem wykorzystywana jako składnik tych produktów. W tych samych badaniach stwierdzono, że serwatka pozytywnie wpływa na intensywność pienienia szamponu. Substancje powierzchniowo czynne, takie jak siarczan alkilopolioksyetylenowy, wykorzystywane są przede wszystkim jako składnik szamponów. Pomimo faktu, że substancje te wykazują bardzo dobre właściwości pieniące i myjące, mogą one prowadzić do nadmiernej utraty oleju we włosach i podrażnienia skóry i oczu. Problem ten można rozwiązać, stosując w szamponach produkty naturalne, takie jak serwatka. Ponadto, białka i minerały serwatkowe to skuteczna substancja zagęszczająca i zwiększająca lepkość szamponu. Zastosowanie serwatki, będącej surowcem naturalnym, w produktach kosmetycznych wymaga przeprowadzenia szerszych badań ze względu na to, że wiąże się z kwestią utylizacji odpadów. – Zastosowanie w produkcji energii Degradacja odpadów z przemysłu spożywczego w warunkach beztlenowych stwarza istotną szansę dla sektora energii odnawialnej. Degradacja beztlenowa to technologia stosowana nie tylko w procesie oczyszczania ścieków, lecz również w produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Serwatka charakteryzuje się wysoką zawartością materii organicznej oraz niską pojemnością buforową. W wyniku bezpośrednich procesów beztlenowych kwasowość serwatki gwałtownie wzrasta, a produkcja biogazu utrzymuje się na niskim poziomie. Dlatego, by zwiększyć wydajność serwatki w produkcji energii miesza się ją z innymi rodzajami odpadów i/lub nawozami. Przeprowadzono kilka badań naukowych w tej dziedzinie. W jednym z nich produkcję biogazu uzyskano w wyniku beztlenowej fermentacji serwatki i odchodów bydlęcych. W kolejnym produkowano wodór i metan za pomocą dwustopniowego procesu beztlenowego, wykorzystując mieszaninę wstępnie przetworzonego prosa (55%), serwatki (40%) i gnojowicy bydlęcej 37

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

(5%). Ponadto, w innym badaniu wytwarzano biowodór, mieszając serwatkę z odpadami z przemysłu owocowo-warzywnego. 3.2. Główne produkty

– Serwatka w proszku Jedna trzecia serwatki wytwarzanej na całym świecie zostaje przetworzona na serwatkę w proszku. Serwatka słodka w proszku, zgodnie z TS 11860, definiowana jest jako produkt otrzymywany poprzez proszkowanie cieczy, której skład różni się w zależności od rodzaju sera i techniki serowarskiej, pozostałej po wyodrębnieniu kazeiny i tłuszczu, tworzących skrzep, przy wyrobie sera podpuszczkowego. Serwatka kwaśna w proszku, zgodnie z TS 11860, to produkt otrzymywany poprzez sproszkowanie odfiltrowanej ze skrzepu cieczy otrzymanej w wyniku zakwaszania mleka (TSE, 1995).

herbatniki, makaron, suflety i ciasta. Żywność z dodatkiem serwatki w proszku może mieć taką samą strukturę, smak i wygląd, co żywność zawierająca ser. Serwatka w proszku jest chętniej wykorzystywana w sektorze mleczarskim do produkcji herbatników niż mleko w proszku z przyczyn ekonomicznych i dla wygody utrwalania. SERWATKA Obróbka wstępna Parowanie Koncentrat serwatki Krystalizacja laktozy Suszenie rozpyłowe

SERWATKA W PROSZKU Rysunek 3.1. Schemat blokowy produkcji serwatki w proszku

Obróbka wstępna

Fot. 3.1. Serwatka w proszku

Serwatka w proszku wykorzystywana jest w różnych sektorach przemysłu spożywczego, najczęściej by nadać aromat żywności. Dlatego stosuje się ją jako składnik sosów serowych, chipsów ziemniaczanych, słonych przypraw, słonych herbatników, nachosów, tortilli i popcornu. Dzięki swoim właściwościom, serwatka jest wykorzystywana w produkcji niektórych wyrobów piekarniczych, takich jak pizza, 38

• Czyszczenie: Drobinki skrzepu są usuwane z serwatki za pomocą klarownic wykorzystujących siłę odśrodkową. W przeciwnym razie, ziarna skrzepu doprowadziłyby do zatkania polimerycznych membran UF Czysta serwatka i płytowych wymienników Żebra Ziarna skrzepu ciepła. W sposób negatywny zmieniłyby również właściwości smakowe i rozpuszczalność produktu końcowego. Wsad serwatki Rysunek 3.2. Klarownica

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

(5%). Ponadto, w innym badaniu wytwarzano biowodór, mieszając serwatkę z odpadami z przemysłu owocowo-warzywnego. 3.2. Główne produkty

SERWATKA W PROSZKU Rysunek 3.1. Schemat blokowy produkcji serwatki w proszku

Obróbka wstępna

Fot. 3.1. Serwatka w proszku

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

• Wirowanie: Przedostawanie się tłuszczu do serwatki jest nieuniknione przy produkcji sera, z wyjątkiem sera odtłuszczonego. Odtłuszczanie jest niezbędne zarówno ze względów ekonomicznych, jak i ze względu ŚMIETANA na stabilność smaku. ZaODTŁUSZCZONE MLEKO wartość tłuszczu po jego oddzieleniu wynosi niespełna 0,06%. Rysunek 3.3. Wirówka

SERWATKA

• Pasteryzacja: Natychmiast po otrzymaniu serwatki należy poddać ją pasteryzacji, by zoptymalizować jej cechy mikrobiologiczne. Jeśli przed poddaniem jej obróbce cieplnej jest ona magazynowana należy ją schłodzić do temperatury poniżej 5°C. Zatężenie serwatki • Wykorzystując proces parowania, zawartość suchej masy w serwatce sięga 40-60%. Obróbka końcowa • Krystalizacja i suszenie serwatki: Ostatnim etapem przetwarzania serwatki w produkt sproszkowany jest dehydratacja (usunięcie wody) skoncentrowanej za pomocą suszarki rozpyłowej. Produkty w proszku otrzymane przy użyciu tego typu suszarek cechują się wysoką rozpuszczalnością. Serwatka w proszku otrzymywana jest w wyniku procesu dehydratacji. Niemniej jednaj, jeśli serwatka skoncentrowana suszona jest bezpośrednio, otrzymany proszek jest niezwykle higroskopijny, co w trakcie składowania, a czasem nawet w trakcie suszenia, 40

prowadzi do agregacji. Aby temu zapobiec, należy dużą część higroskopijnej β-laktozy skrystalizować do formy niehigroskopijnej – α-laktozy. Kontrolowana krystalizacja przeprowadzana jest poprzez szybkie schłodzenie koncentratu laktozy do 30°C, w wyniku czego tworzą się mikro kryształki laktozy. – Koncentraty białek serwatkowych Koncentrat białek serwatkowych (WPC) to według Amerykańskiej Agencji Żywności i Leków (FDA) produkt, którego zawartość białka wynosi minimum 25% otrzymany poprzez usunięcie substancji niezawierających wystarczającej ilości białka. WPC produkowany jest za pomocą technik separacyjnych, takich jak wytrącanie, filtracja i dializa. WPC występuje w formie płynnej, skoncentrowanej i sproszkowanej. Duża część WPC dostępnych na rynku zawiera 34-35% lub 80% białka. WPC zawierający prawie 35% białka stosowany jest w jogurtach, serkach topionych, żywności dla niemowląt i w niektórych produktach piekarniczych. WPC jest również dodawany do produktów mięsnych ze względu na swoje właściwości wiążące i odżywcze. W WPC zawierającym 80% białka nie występują laktoza i minerały. Właściwości WPC zawierających niespełna 35% białka zawdzięczamy połączonemu działaniu białek, laktozy i minerałów. Niektóre produkty zawierające białka serwatkowe, takie jak WPC o 50% zawartości białka, są powszechnie wykorzystywane w przemyśle mięsnym oraz do produkcji batoników proteinowych. WPC zawierający 80% białka to produkt, w którym białko pełni dominującą, funkcjonalną rolę. Produkty te są powszechnie wykorzystywane ze względu na właściwości żelujące, emulgacyjne i pianotwórcze. Są idealnym składnikiem żywności dla sportowców i produktów wspomagających kontrolę wagi ciała ze względu na niską zawartość węglowodanów. Inny obszarem zastosowania tego typu składników dzięki ich właściwościom żelującym i zdolności wiązania wody są produkty mięsne. 41

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

SERWATKA

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Ultrafiltracja (UF): UF to proces filtracji membranowej zachodzący pod ciśnieniem, który przeprowadza się w celu oddzielenia składników mieszaniny złożonej z faz stałych i płynnych. Membrany używane do ultrafiltracji serwatki przepuszczają rozpuszczalne w wodzie mikrocząsteczki, takie jak laktoza i minerały, natomiast nie przepuszczają białek (makrocząsteczek). Za pomocą UF produkuje się WPC o zawartości białka od 35% do 85%.

SERWATKA

PROCES UF

RETENTAT (makrocząsteczki takie jak białka)

Membrana polimerowa

PERMEAT (laktoza i minerały)

Rysunek 3.4. Ultrafiltracja (UF).

tworu laktozy. Skład permeatu serwatkowego różni się w zależności od rodzaju mleka, sera i warunków przetwarzania; niemniej jednak, jego podstawowym składnikiem jest laktoza. Przeciętny skład tego permeatu to 65-85% laktozy, 3-8% białka, 8-20% minerałów, 1,5% tłuszczu i 3-5% wilgoci. Permeat serwatkowy może być wykorzystywany do nadawania brązowego odcienia różnego rodzaju żywności przetworzonej i produktom piekarniczym, zarówno produktom gotowym jak i w trakcie okresu przechowywania. Demineralizacja (usuwanie minerałów): Wymiana jonowa i elektrodializa to metody powszechnie stosowane w celu przeprowadzenia demineralizacji. Demineralizacja serwatki, z której za pomocą UF usunięto białka stanowi obowiązkową obróbkę wstępną. Proces demineralizacji przeprowadzany jest przy produkcji serwatki o obniżonej zawartości minerałów oraz serwatki demineralizowanej. Serwatka demineralizowana jest używana powszechnie w żywności dla niemowląt. Membrana kationowymienna Katoda

Membrana anionowymienna Anoda

Termin permeat odnosi się do części, która przedostaje się przez membranę kiedy serwatka pompowana jest do systemu UF. Retentat to część nieprzechodząca przez membranę. Permeat serwatkowy: W trakcie ultrafiltracji i diafiltracji białka serwatkowe zatrzymywane są na membranie, a związki takie jak laktoza i minerały o mniejszej masie cząsteczkowej tworzą permeat przenikający przez filtr. Materiał pozostały i zgromadzony po usunięciu białek nazywamy „filtratem” lub „permeatem serwatkowym”. Następnie, po usunięciu minerałów przeprowadza się krystalizację pozostałego roz-

Rysunek 3.5. Urządzenie do elektrodializy

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

SERWATKA

PROCES UF

RETENTAT (makrocząsteczki takie jak białka)

Membrana polimerowa

PERMEAT (laktoza i minerały)

Rysunek 3.4. Ultrafiltracja (UF).

Membrana anionowymienna Anoda

Rysunek 3.5. Urządzenie do elektrodializy

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Techniki demineralizacyjne

Tabela 3.1. Przybliżony skład serwatki i produktów białkowych wytwarzanych z serwatki przed zatężaniem i suszeniem (%) (Harper, 2011).

Wymiana jonowa: W tej metodzie wykorzystywane są żywice jonowymienne. Żywica zawierająca naładowane substancje przeprowadzające wymianę jonową umieszczana jest na wewnętrznej powierzchni kolumny. Minerały przechodzące przez kolumnę zatrzymywane są przez żywicę. Elektrodializa: To proces przenoszenia związków jonowych w roztworze pod wpływem działania potencjału elektrycznego. Jony przenoszone są zgodnie z ich ładunkiem przez jonoprzepuszczalną membranę. SERWATKA Wstępna obróbka Ultrafiltracja (UF) Retentat

Permeat Demineralizacja

Parowanie (20-25% białka)

Białko

Laktoza

Tłuszcz

Minerały

Woda

Serwatka

0,9

4,8

0,05

0,5

93,0

WPC-35

3,3

4,8

0,2

0,7

91,0

WPC-60

11,5

5,2

1,0

0,8

71,5

WPC-80

20,0

1,0

2,0

1,0

76,0

WPI

19,0

0,2

0,6

80,0

– Izolaty białek serwatkowych Kolejnym podstawowym produktem przetwarzania serwatki jest izolat białek serwatkowych (WPI). Zawartość białka w WPI wynosi 90% lub więcej, a wody 4-6%. Zawartość tłuszczu, laktozy i minerałów w pozostałej części wynosi 4-6%. Ze względu na wysoką czystość białek i klarowność roztworu, WPI jest powszechnie stosowany jako suplement diety oraz w napojach dla sportowców wzbogaconych w białko. Chromatografia jonowymienna to jedna z metod wykorzystywanych do produkcji WPI. Ze względu na wysoką zawartość białek, WPI może być stosowany jako środek wiążący wodę, żelujący, emulgacyjny i pianotwórczy.

Roztwór laktozy

Tabela 3.2. Przeciętny skład wybranych produktów WPC i WPI (%) (Foegeding and Luck, 2011)

Suszenie rozpyłowe Parowanie Krystalizacja laktozy

WPC

LAKTOZA

Składnik

Białko

Wilgoć

Laktoza

Tłuszcz

Minerały

WPC 35

35,3

3,7

52,3

3,3

5,8

WPC-80

78,7

4,3

4,9

6,4

4,0

WPI

90,9

4,8

1,5

0,9

2,7

Rysunek 3.6. Diagram blokowy produkcji WPC i laktozy

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Techniki demineralizacyjne

Tabela 3.1. Przybliżony skład serwatki i produktów białkowych wytwarzanych z serwatki przed zatężaniem i suszeniem (%) (Harper, 2011).

Permeat Demineralizacja

Parowanie (20-25% białka)

Białko

Laktoza

Tłuszcz

Minerały

Woda

Serwatka

0,9

4,8

0,05

0,5

93,0

WPC-35

3,3

4,8

0,2

0,7

91,0

WPC-60

11,5

5,2

1,0

0,8

71,5

WPC-80

20,0

1,0

2,0

1,0

76,0

WPI

19,0

0,2

0,6

80,0

Roztwór laktozy

Tabela 3.2. Przeciętny skład wybranych produktów WPC i WPI (%) (Foegeding and Luck, 2011)

Suszenie rozpyłowe Parowanie Krystalizacja laktozy

WPC

LAKTOZA

Składnik

Białko

Wilgoć

Laktoza

Tłuszcz

Minerały

WPC 35

35,3

3,7

52,3

3,3

5,8

WPC-80

78,7

4,3

4,9

6,4

4,0

WPI

90,9

4,8

1,5

0,9

2,7

Rysunek 3.6. Diagram blokowy produkcji WPC i laktozy

Serwatka – aspekty teoretyczne

– Hydrolizaty białek serwatkowych Jedną z metod mających na celu zmianę funkcjonalnych i odżywczych właściwości białek serwatkowych jest ich hydroliza enzymatyczna. Peptydy wchłaniane są szybciej i lepiej niż aminokwasy i białka. Hydrolizaty białek serwatkowych mające lepsze właściwości odżywcze i niższą alergenność są wykorzystywane w produktach zwiększających wydajność sportowców i w żywności dla niemowląt. – Laktoza Laktoza otrzymywana jest poprzez zagęszczanie i krystalizację cieczy pozostałej po deproteinizacji, demineralizacji i usunięciu tłuszczu z serwatki (Rysunek 3.6). Laktoza wykorzystywana jest do produkcji żywności dietetycznej, żywności dla niemowląt, lekarstw, penicyliny, karmelu koloryzującego, syropów z hydrolizatem laktozy i kwasu mlekowego.

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

metodą rozpyłową. Najpowszechniej wykorzystywanym w przemyśle rodzajem laktozy jest monohydrat α-laktozy. Otrzymywane z laktozy i serwatki związki takie jak laktuloza, laktitol i kwas laktobionowy nie są wchłanianie w jelicie cienkim. Związki te działają prebiotycznie i wspomagają rozwój użytecznych bakterii w jelicie grubym. Ponadto, laktitol, czyli alkohol cukrowy, stosowany jest jako substancja słodząca zastępująca sacharozę i może być przyjmowany przez osoby cierpiące na cukrzycę. -Laktoalbumina

Laktoza to podstawowy składnik masy suchej serwatki, którą przekształca w potencjalny surowiec do produkcji różnych biopolimerów. Z serwatki, w której laktoza uległa degradacji z udziałem mikroorganizmów można wytworzyć nowe produkty. Produkty te obejmują kwasy organiczne, takie jak alkohol etylowy, fermentowane napoje serwatkowe przypominające kefir, kwas mlekowy i kwas cytrynowy oraz biopolimery, takie jak drożdże piekarskie, białka jednokomórkowe, probiotyczne kultury starterowe, biogaz, biotworzywa i mleczan etylu.

W trakcie wytwarzania laktoalbuminy metodą tradycyjną poziom pH serwatki utrzymuje się na poziomie 4,5-5,2. Następnie białka serwatkowe ulegają denaturacji pod wpływem obróbki cieplnej, co prowadzi do wytrącenia prawie 80% białek. Rozpuszczalność produktu otrzymanego w ten sposób jest niska, ale wartość odżywcza i zdolność wiązania wody utrzymują się na wysokim poziomie. Dlatego wykorzystywany jest w produktach piekarniczych, mięsnych, serkach topionych i słodyczach. Wartość pH serwatki podczas produkcji laktoalbuminy metodą permanentną wynosi 6. Serwatkę podgrzewa się do 120°C za pomocą wtrysku pary wodnej, by zaszedł proces denaturacji białek i by ją oddzielić. Laktoalbumina wyprodukowana w ten sposób zawiera 20-25% minerałów. Wartość pH podgrzanej serwatki musi utrzymywać się na poziomie 4,6, by zredukować zawartość minerałów do 2-5%. Wykorzystywana jest w makaronach i podobnych produktach piekarniczych ze względu na niską rozpuszczalność otrzymanego w ten sposób produktu.

W trakcie hydrolizy laktozy wytwarzana jest również glukoza i galaktoza. W porównaniu z innymi węglowodanami indeks glikemiczny i wartość kaloryczna laktozy jest niska. Membrana ultrafiltracyjna wykorzystywana jest do oddzielania frakcji białkowej i zwiększania stężenia laktozy otrzymywanej drogą odwróconej osmozy w procesie produkcji laktozy. Metoda ewaporacji stosowana jest, by usunąć wodę, następnie przeprowadza się krystalizację i suszenie

Produkcja laktoalbuminy o wysokim poziomie rozpuszczalności powyżej pH 5 przeprowadzana jest przy użyciu innej metody permanentnej wykorzystywanej do produkcji laktoalbuminy. Wartość pH serwatki wynosi wtedy 2,5-3,5, a temperatura obróbki cieplnej 90°C. Wartość pH podwyższa się do 4,5, by wytrącić po ochłodzeniu białka serwatkowe, które uległy denaturacji. W ten sposób otrzymuje się produkt o zawartości białek wynoszącej 40%.

Stwierdzono, że Biologiczne Zapotrzebowanie Tlenu (BZT) maleje o 87% w wyniku odzyskania dużej ilości laktozy z serwatki.

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Stwierdzono, że Biologiczne Zapotrzebowanie Tlenu (BZT) maleje o 87% w wyniku odzyskania dużej ilości laktozy z serwatki.

Serwatka – aspekty teoretyczne

– Serwatka zdemineralizowana i serwatka o obniżonej wartości minerałów

Prawie 10% suchej masy serwatki składa się z minerałów. Tak wysoka zawartość minerałów jest nieodpowiednia dla produktów żywieniowych dla zwierząt i niemowląt. Dlatego rosnące znaczenie mają demineralizowane produkty z serwatki (30-90% demineralizacji). Do demineralizacji (usuwania minerałów) wykorzystywane są powszechnie metody wymiany jonowej i elektrodializy. Proces demineralizacji przeprowadzany jest przy produkcji serwatki o obniżonej zawartości minerałów oraz serwatki demineralizowanej. Serwatka demineralizowana jest używana powszechnie w żywności dla niemowląt. Wymiana jonowa i elektrodializa to najpowszechniej wykorzystywane metody demineralizacyjne. Wymiana jonowa: W tej metodzie wykorzystywane są żywice jonowymienne. Żywica zawierająca naładowane substancje przeprowadzające wymianę jonową umieszczana jest na wewnętrznej powierzchni kolumny. Minerały przechodzące przez kolumnę zatrzymywane są przez żywicę. Elektrodializa: To proces przenoszenia związków jonowych w roztworze pod wpływem działania potencjału elektrycznego. Jony przenoszone są zgodnie z ich ładunkiem przez jonoprzepuszczalną membranę. Aniony obecne w serwatce przemieszczają się w stronę katody, a kationy w stronę anody, dzięki czemu dochodzi do demineralizacji (patrz Rysunek 3.5.). – Serwatka odlaktozowana w proszku Nietolerancja laktozy to zaburzenie spowodowane brakiem enzymu laktazy (ß-galaktozydazy) w wyniku infekcji, nieodpowiedniego odżywiania lub wady wrodzonej. Osoby cierpiące na to zaburzenie muszą przyjmować mleko oraz serwatkę odlaktazowaną lub o obni48

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

żonej zawartości laktozy. Serwatkę oraz produkty na bazie serwatki o obniżonej zawartości laktozy można uzyskać za pomocą ultrafiltracji (UF). Inną metodą usuwania laktozy z serwatki jest częściowa krystalizacja laktozy, a następnie jej odzyskanie za pomocą separacji odśrodkowej. Zawartość laktozy w produktach w proszku otrzymanych przy użyciu tej metody nie przekracza 60%. Metody chromatograficzne są również wykorzystywane do usuwania laktozy z serwatki. Produkty otrzymane z serwatki o obniżonej zawartości laktozy lub odlaktozowanej nie mają słodkiego smaku w przeciwieństwie do produktów otrzymywanych z hydrolizatów serwatki. – Hydrolizat laktozy w proszku Laktoza hydrolizuje na glukozę i galaktozę pod wpływem enzymów. Do przeprowadzenia hydrolizy laktozy w serwatce używany jest enzym ß-galaktozydaza. Słodki smak hydrolizatu laktozy (mieszanki glukozy i galaktozy) pochodzi w 70% od sacharozy. Dlatego hydrolizaty laktozy są wykorzystywane w słodkich produktach mlecznych, takich jak jogurty owocowe i lody oraz napoje serwatkowe. – Hydrolizat białek serwatkowych w proszku Jedną z wykorzystywanych metod mających na celu zmianę funkcjonalnych i odżywczych właściwości białek serwatkowych jest ich hydroliza przy użyciu enzymów. W wyniku hydrolizy białek uwalniane są peptydy i aminokwasy. Peptydy i aminokwasy wchłaniane są szybciej i lepiej niż białka. Hydrolizaty białek serwatkowych mające lepsze właściwości odżywcze i niższą alergenność są wykorzystywane w produktach zwiększających wydajność sportowców i w żywności dla niemowląt. – Mleczne produkty mineralne Mleko zawiera znaczącą ilość minerałów, takich jak wapń, magnez i fosforan. Minerały znajdujące się w rozpuszczalnych w wodzie 49

Serwatka – aspekty teoretyczne

– Serwatka zdemineralizowana i serwatka o obniżonej wartości minerałów

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Serwatka – aspekty teoretyczne

składnikach przechodzą do serwatki. Żywność wzbogacona w minerały i witaminy cieszy się rosnącym zainteresowaniem. Mleczne produkty mineralne bogate w wapń i fosforan to bardzo wartościowe suplementy spożywcze, zwłaszcza w obecnych czasach, gdy powszechne są choroby, takie jak osteoporoza. Produkty te otrzymywane są przez wytrącanie i oddzielenie fosforanu wapnia od permeatu serwatki przy zachowaniu odpowiedniego stężenia, pH, temperatury i czasu trwania procesu. Procesy filtracji i wirowania przeprowadzane są tuż po procesie wytrącania. Minerały zawarte w mleku wykorzystywane są coraz częściej jako suplement wapnia w produktach takich jak mleko spożywcze, jogurty, mleko w proszku i słodycze. – Sery serwatkowe Według Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF) istnieją dwa typy serów serwatkowych: ser typu Ricotta i ser typu Mysost. Podstawowa różnica między tymi dwoma rodzajami sera tkwi w technice produkcji (Rysunek 3.7). Ser serwatkowy typu Ricotta pochodzi z Włoch, ale podobne produkty wyrabia się również w Turcji (ser twarogowy), Portugalii i innych krajach. Produkcja tych wyrobów opiera sie na procesach obróbki cieplnej i koagulacji białek za pomocą kwasu. Ser twarogowy spożywany powszechnie w naszym kraju uzyskiwany jest za pomocą gotowania serwatki, wytrącania i filtracji białek. Ricottę, ser przypominający twaróg, produkuje się poprzez wytrącanie białek za pomocą kwaśnej serwatki tuż po ogrzaniu jej do 90°C. Ser Mysost zawiera wszystkie składniki serwatki. W trakcie jego wyrobu uwalniania jest para wodna. Ser Mysost otrzymywany jest w rezultacie ogrzewania i zagęszczania serwatki oraz kontrolowanej krystalizacji laktozy. W trakcie obróbki cieplnej sera twarogowego i Ricotty ścinane są białka α-laktoalbumina i and β-laktoglobulina, które nie reagują z podpuszczką i przechodzą do serwatki. Wystarczy podgrzewać białka serwatkowe w temperaturze 77,5°C przez 1 godzinę, 80°C przez 30 minut i 90°C przez 5 minut, by białka serwatkowe uległy całkowitej denaturacji. 50

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Dostosowanie stopnia kwasowości może zostać przeprowadzone, dodając kwas fosforowy, winowy, mlekowy, cytrynowy lub octowy tuż po pojawieniu się pierwszych ziaren skrzepu przy wyrobie sera twarogowego z serwatki otrzymanej przy produkcji sera z mleka krowiego. Zakłady mleczarskie mogą więc wykorzystywać w tym celu kwaśną serwatkę w proszku i serwatkę kwaśną poddaną ultrafiltracji. Zmiany pH wpływają na denaturację α-laktoalbuminy i β-laktoglobuliny w temperaturze 78-100°C, co wpływa na uzysk i jakość sera twarogowego. Wartość pH serwatki otrzymanej z mleka krowiego musi wynosić 4,5-5,2. Niemniej jednak, kwasowości nie reguluje się w serwatce z mleka owczego. Innymi substancjami używanymi do wyrobu twarogu są CaCI2 i NaCl, które stosowane są do poprawienia walorów smakowych sera. NaCI stosuje się w temperaturze 70-75°C i w ilości 0,1-1,5%. NaCl zwiększa stopień denaturacji białek serwatkowych. Po częściowym ostygnięciu, wytrącona część na końcu obróbki cieplnej umieszczana jest na chuście serowarskiej i pozostawiana jest do odsączania serwatki. Sera twarogowego nie soli się jeśli jest przeznaczony do konsumpcji na świeżo. Solenie stosuje się jeśli produkt będzie przez pewien czas przechowywany w magazynie. SERWATKA

Parowanie

Obróbka cieplna

Dodanie śmietany

Koagulacja białek

Parowanie

Skrzep białkowy

Krystalizacja laktozy

Dodanie śmietany i soli

SER MYSOST

SER RICOTTA

Rysunek 3.7. Schemat blokowy produkcji serów serwatkowych.

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Parowanie

Obróbka cieplna

Dodanie śmietany

Koagulacja białek

Parowanie

Skrzep białkowy

Krystalizacja laktozy

Dodanie śmietany i soli

SER MYSOST

SER RICOTTA

Rysunek 3.7. Schemat blokowy produkcji serów serwatkowych.

Serwatka – aspekty teoretyczne

– Napoje serwatkowe Produkcja napojów na bazie serwatki rozpoczęła się w latach 70. XX wieku. Jednym z najwcześniej produkowanych napojów serwatkowych była szwajcarska Rivella. Do dzisiejszego dnia opracowano różne produkty otrzymywane z serwatki, słodkie i kwaśne, suszone i fermentowane, pozbawione białek, rozcieńczone, itd. Docelowymi konsumentami napojów na bazie serwatki jest szeroka grupa osób, od dzieci po osoby starsze. Od czasów Starożytnej Grecji napoje te wykorzystywane są w leczeniu niektórych chorób, takich jak gruźlica, choroby skóry i układu trawiennego. W XVIII wieku założono specjalne instytuty, w których szczegółowo badano odżywcze i lecznicze właściwości serwatki. Serwatka jest z powodzeniem wykorzystywana w leczeniu biegunki, chorób dróg żółciowych, układu moczowego i skóry oraz zatruć. Napoje na bazie serwatki są również idealnym źródłem energii i składników odżywczych dla sportowców ze względu na wysoką zawartość białek oraz właściwości odżywcze. W białkach serwatkowych występuje również wiążąca żelazo laktoferyna, glikomakropeptyd (GMP) uwalniany po zastosowaniu podpuszczki do wyrobu sera, naturalną wolną fenyloalaninę i wiążącą wapń α-laktoalbuminę. Dzięki obecności laktoferyny, zwiększone zostaje wchłanianie żelaza z pożywienia i/lub nie dochodzi do przywierania żelaza do ścian jelit i zatrzymywania patogenów. Napoje serwatkowe zwiększają absorpcję wapnia i dlatego są istotnym elementem w diecie osób starszych, a zwłaszcza osób cierpiących na osteoporozę.

Fotografia 3.2. Napoje na bazie serwatki

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Bezalkoholowe napoje serwatkowe W ostatnich dziesięciu latach opatentowano produkcję napojów serwatkowych, do których dodaje się 5-20% koncentratów owocowych w postaci suchej masy. Spośród tych napojów zalecane są napoje o smaku owoców cytrusowych oraz innych owoców tropikalnych, takich jak mango, banan lub papaja. Wykazano, że napoje te skutecznie maskują niepożądany smak mleka i słono-kwaśny smak serwatki. Ponadto, przeprowadzono również badania nad wykorzystaniem koncentratów owocowych: jabłkowych, gruszkowych, brzoskwiniowych, morelowych i wiśniowych. Otrzymano pozytywne wyniki badań dotyczących dodawania do tych produktów owoców, takich jak owoc morwy, które są doskonałym źródłem żelaza i wykazują właściwości przeciwutleniające. Poza owocami, zbadano również zastosowanie innych substancji smakowych, takich jak czekolada, kakao, wanilia, zboża (głównie ryż, owies i jęczmień) oraz miód. Bardzo interesujące rezultaty otrzymuje się dodając zboża, a zwłaszcza otręby. Produkuje się również napoje wzbogacone w włókna spożywcze, podstawowe kwasy tłuszczowe (dodając owies). Od bardzo dawna wiadomo, że probiotyczne napoje serwatkowe produkowane w procesie fermentacji serwatki przy użyciu różnych bakterii kwasu mlekowego wykazują korzystny wpływ na zdrowie ludzkie objawiający się obniżeniem poziomu cholesterolu we krwi, regulacją metabolizmu laktozy, obniżeniem ciśnienia krwi, poprawą funkcji antyrakowych i stanu układu odpornościowego. W kategorii napojów serwatkowych znajdują się również napoje dietetyczne, napoje zawierające hydrolizat serwatki oraz napoje mleczne i napoje w proszku. Dzięki swoim składnikom i ich właściwościom serwatka jest dobrym surowcem do produkcji prostych napojów dietetycznych, do których dodawane są środki słodzące (głównie sacharyna i cyklaminian), jabłka lub owoce tropikalne oraz stabilizatory. Napoje te mają bardzo niską wartość energetyczną (104-103 kJ/100ml) i dzięki temu mogą być spożywane przez szeroką rzeszę konsumentów. 53

Serwatka – aspekty teoretyczne

Fotografia 3.2. Napoje na bazie serwatki

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

Serwatka – aspekty teoretyczne

Napoje mleczne również produkuje się poprzez zmieszanie płynnej lub sproszkowanej serwatki z mlekiem odtłuszczonym lub pełnotłustym, maślanką, niektórymi rodzajami olejów roślinnych, hydrokoloidami i emulgatorami. Mleko dodawane jest, by poprawić koncentrację i stabilność napoju. Way-Mil, jeden z najbardziej znanych produktów w tej kategorii, to napój mleczny o unikatowym smaku, mogący zawierać dodatki, takie jak czekolada i owoce. Produkt zawiera w przybliżeniu: 2-4% tłuszczu mlecznego, 1-1,5% białka, 4-5% laktozy, 0,7% minerałów i rozpuszczalnych w wodzie witamin. Produkty te można również wzbogacić witaminami i minerałami. W porównaniu do innych napojów, produkty te można z łatwością przewozić i przechowywać, mają więc istotne znaczenie dla społeczności, które borykają się z ograniczonym dostępem do białka i trudnymi warunkami życiowymi. Napoje produkowane z serwatki w proszku zwykle mieszane są ze skoncentrowanym sokiem owocowym, koncentratami białek serwatkowych, proszkiem owocowym i soją.

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

drolizatów skrobi. Wino serwatkowe ma stosunkowo niską zawartość alkoholu (10-11%) i zwykle dodawane są do niego aromaty owocowe. Produkcja wina serwatkowego obejmuje następujące etapy: klaryfikacja, deproteinizacja, hydroliza β-galaktozydazy i laktozy, przeniesienie i chłodzenie po dekantacji, dodanie drożdży i fermentacja, przeniesienie, dojrzewanie, filtracja i butelkowanie. Szampan serwatkowy produkowany jest następująco: do kwaśnej serwatki pozbawionej białek dodaje się sacharozę i skarmelizowany cukier, drożdże piwne, aromaty owocowe i wodę; a następnie butelkuje się i odstawia na 8-12 godzin w temperaturze 18°C, by zaszła fermentacja. Przeprowadzono również badania nad produkcją napojów funkcjonalnych z WPC35 i niektórych bakterii kwasu mlekowego. W wyniku fermentacji WPC można uzyskać napój o niskiej zawartości β-laktoglobuliny, podstawowego alergenu mleka, a wysokiej zawartości rozgałęzionych aminokwasów.

Alkoholowe napoje serwatkowe Serwatka jest bardzo dobrym surowcem do produkcji napojów alkoholowych ze względu na to, że laktoza jest głównym składnikiem masy suchej serwatki (ok.70%). Alkoholowe napoje serwatkowe to napoje o niskiej zawartości alkoholu (≤ 1,5%). Produkowane są na kilku etapach: bezpośrednia fermentacja laktozy (zazwyczaj z użyciem drożdży takich jak Kluyveromyces fragilis i Saccharomyces lactis) lub dodanie sacharozy aż do pożądanego poziomu alkoholu (0,5-1,0%), aromatyzacja, słodzenie i pakowanie. Laktoza przekształcona zostaje w kwas mlekowy, pozostałe fermenty przekształcają się w alkohol i nadają kwaśny posmak produktowi końcowemu. W kategorii tych produktów znajduje się „Milone” otrzymany poprzez fermentację serwatki przy użyciu bakterii kefirowych i produkowane w Polsce wino musujące „Serwowit”. Piwo serwatkowe produkuje się z dodatkiem słodu lub bez. Produkt ten można wzbogacić dodatkiem minerałów, witamin lub hy54

Serwatka – aspekty teoretyczne

3. Przetwarzanie serwatki: Zastosowanie i główne produkty

4. INNOWACYJNE PRODUKTY PRZETWARZANIA SERWATKI Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

4.1. Kwas mlekowy

Kwas mlekowy produkowany jest poprzez usunięcie z serwatki niepożądanych bakterii w wyniku obróbki cieplnej i zaszczepieniu bakterii kwasu mlekowego. Bakterie mlekowe: Lactobacillus, Lactococcus, Streptecoccus, Streptecoccus i Pediococcus to gatunki wykorzystywane szeroko w produkcji kwasu mlekowego. Kwas mlekowy znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, skórzanym i tekstylnym. Wykorzystywany jest głównie jako konserwant i regulator kwasowości. W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie produkcją kwasu mlekowego, ponieważ jest on wykorzystywany jako surowiec do produkcji poli(kwasu mlekowego). Poli(kwas mlekowy) to polimer wykorzystywany do produkcji leków i przyjaznych dla środowiska, biodegradowalnych tworzyw sztucznych. By pomyślnie przeprowadzić produkcję kwasu mlekowego należy zaprojektować odpowiednie bioreaktory. Innowacyjne zastosowania serwatki wykorzystujące najnowsze techniki biotechnologiczne i bioreaktory przyciągają uwagę naukowców, którzy starają się rozwiązać podstawowe problemy związane z ochroną środowiska, z jakimi boryka się przemysł mleczarski.

4. INNOWACYJNE PRODUKTY PRZETWARZANIA SERWATKI Autorzy: Zerrin Yüksel Önür, Kemal Çelik, Harun Baytekin

4.1. Kwas mlekowy

Serwatka – aspekty teoretyczne

4.2. Alkohol etylowy

Pierwsze badania dotyczące produkcji etanolu za pomocą fermentacji serwatki pochodzą z lat 40. XX wieku. Udało się wtedy równocześnie ograniczyć zanieczyszczanie środowiska i przekształcić laktozę w etanol, co wykonuje się po dziś dzień. W rezultacie, przetwarzanie serwatki i równoczesna produkcja etanolu to proces przyciągający szczególną uwagę. Jak wykazano w wielu badaniach, w tym celu wykorzystuje się serwatkę, roztwór serwatki w proszku, filtrat serwatki otrzymywany drogą UF, a nawet serwatkę odbiałczoną. Proces ten przeprowadzany jest przy użyciu określonej grupy mikroorganizmów. Z 1 kg laktozy można teoretycznie uzyskać maksymalnie 0,538 kg etanolu w reakcji biotransformacji laktozy w etanol. Niemniej jednak, transformacja laktozy obecnej w serwatce lub filtracie serwatki w płynny etanol to zastosowanie, które nie jest konkurencyjne pod względem ekonomicznym z innymi surowcami, takimi jak skrobia kukurydziana lub cukier trzcinowy. Etanol otrzymywany z serwatki można stosować w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, kosmetycznym i chemicznym oraz jako paliwo ekologiczne. 4.3. Białko jednokomórkowców (SCP)

Niebezpieczny wzrost populacji ludzkiej na świecie prowadzi do wzrostu zapotrzebowania na żywność, zwłaszcza w krajach trzeciego świata. Sytuacja ta prowadzi do zapotrzebowania na innowacyjne i alternatywne źródła żywności. Produkcja białka jednokomórkowców (SCP) jest jednym z podstawowych kroków, jakie można podjąć w tym aspekcie. SCP to białko otrzymywane z hodowanej biomasy mikroorganizmów. SCP może stanowić suplement białkowy będący alternatywą dla drogich źródeł konwencjonalnych, takich jako mięso sojowe i rybne. Ponadto, biologiczna transformacja odpadów rolniczych i przemysłowych w żywność bogatą w białko zapewnia korzyść jaką jest produkt końcowy otrzymany po niższych kosztach. 58

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

Biorąc pod uwagę, że laktoza w serwatce jest w głównej mierze odpowiedzialna za wysokie BZT serwatki, wykorzystywanie serwatki jako substrat do produkcji SCP ogranicza zanieczyszczenie środowiska i skutkuje otrzymaniem produktu o dużej wartości dodanej. Produkcja biomasy mikrobiologicznej przeprowadzana jest na skalę przemysłową od lat 40. XX wieku. Produkcja przemysłowa SCP z serwatki rozpoczęła się w 1958 roku w jednym z francuskich zakładów. Przy produkcji wykorzystywane są różne rodzaje pleśni w permeacie serwatki. We wspomnianym zakładzie pleśń rozwija się w pH równym 3,5 i w temperaturze 38°C przez okres ponad roku. Wysoka temperatura i niskie pH zalecane są, by zredukować ryzyko zanieczyszczenia. Do komory fermentacyjnej doprowadzany jest w dużych ilościach tlen, by zapobiec tworzeniu się etanolu. Biomasę w postaci pleśni odzyskuje się za pomocą odwirowania, poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze 85oC i suszy się rozpyłowo. Stwierdzono, że otrzymane SCP zawiera 48-52% białka, a poza tym aminokwasy, głównie lizynę, i witaminy z grupy B. Nazwa handlowa tego produktu to „Protibel”. Biomasa wykorzystywana jest w karmieniu zwierząt oraz w żywieniu ludzi. Zakład produkcyjny we Francji produkuje w ciągu roku prawie 2500 ton SCP, które stosuje się w żywieniu ludzi od niemalże 30 lat. Ze 100 ton serwatki otrzymuje się 2,5 tony SCP i 100 kg aminokwasów. 4.4. Biogaz

Wodór to przykład gazu określanego mianem czystej energii, która nie uwalnia się wraz z gazami cieplarnianymi i kwaśnymi deszczami. Z łatwością ulega hydrolizie i oczyszczeniu. Ma wysoką wydajność energetyczną. Ponadto, wodór można wykorzystać bezpośrednio w ogniwach paliwowych do generowania energii elektrycznej. Dlatego stopniowo wzrasta zainteresowanie produkcją i różnymi zastosowaniami wodoru. Wykorzystanie odpadów bogatych w węglowodany, 59

Serwatka – aspekty teoretyczne

4.2. Alkohol etylowy

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

takich jak serwatka, do produkcji wodoru jest korzystne pod względem ekonomicznym. Wodór wytwarzany jest w wyniku fermentacji beztlenowej serwatki, rozcieńczonej serwatki, roztworu serwatki w proszku i permeatu serwatki. Teoria mówi, że na 1 mol laktozy wytwarzanych jest 8 molów wodoru. Poza tym, mieszanina biogazu zawiera również metan i dwutlenek węgla. Chociaż serwatka zawiera dużą ilość węglowodanów (laktoza) i dzięki temu jest ona odpowiednim surowcem do przeprowadzania procesów biologicznych, istnieją pewne problemy związane z beztlenowymi procesami, w których bierze udział surowa serwatka (biodegradacja w środowisku beztlenowym). Niska zasadowość serwatki wynika z rozkładu laktozy i wysokiej zawartości materii organicznej. By serwatka była odpowiednim materiałem do przeprowadzenia tego procesu należy ją rozcieńczyć, poddać fermentacji i zwiększyć zasadowość. Obiecującą strategią jest produkcja metanu odseparowana od produkcji kwasu, co ma na celu zwiększyć wydajność transformacji energii i stabilność produktu. Zwłaszcza pierwszy etap tego dwustopniowego procesu można zoptymalizować, by móc produkować wodór. W badaniach przeprowadzonych nad produkcją biogazu z mieszaniny serwatki i nawozu drobiowego stwierdzono, że ta metoda produkcyjna nie wymaga dodawania żadnych środków chemicznych do serwatki. Ponadto, przeprowadzono również badania nad produkcją biogazu z mieszaniny serwatki i nawozu bydlęcego. Wykazano spadek ChZT o 80-90% i zmniejszenie konsumpcji cukru o 86 i 97%. Ciecz pozostała po produkcji wodoru nie jest bezpośrednio usuwana do środowiska i należy ją poddać utylizacji. 4.5. Biotworzywa

Obecnie prowadzone są badania nad biotworzywami, a zwłaszcza polihydroksyalkanianami, czyli ulegającymi biodegradacji materiałami zastępującymi ropopochodne polimery (PHA). Nie są one jednak szeroko stosowane ze względu na wyższe koszty produkcji w stosunku 60

do tradycyjnych tworzyw sztucznych. Koszty produkcji tego procesu można zmniejszyć dzięki (1) nowym, tanim substratom, (2) nowym metodom fermentacji, (3) nowym metodom odzyskiwania i oczyszczania lub przy użyciu mikroorganizmów zdolnych do syntezy i gromadzenia PHA. Stwierdzono, że serwatka jest odpowiednim związkiem do produkcji PHA. Przeprowadzono wiele badań nad produkcją PHA z serwatki przy użyciu różnych rodzajów mikroorganizmów.

Fotografia 4.1. Napoje na bazie serwatki

Materiały do powlekania produkowane z biopolimerów, takich jak białka, skrobia i lipidy. Poza PHA, są obecnie przedmiotem wielu badań ze względu na zapewniane korzyści ekologiczne. Wśród polimerów, białka to substancje najbardziej zróżnicowane pod względem składu chemicznego i właściwości chemicznych, co spowodowane jest licznymi możliwościami kombinacji sekwencji aminokwasów. Białka serwatkowe wykorzystywane są do produkcji biotworzyw. Przeprowadzane są również badania nad wykorzystywaniem białek serwatkowych jako materiały opakowaniowe ze względu na ich wysokie własności barierowe. By móc wykorzystywać białka serwatkowe w opakowaniach i innych tworzywach należy jednak zmniejszyć strukturalną kruchość biotworzyw wyprodukowanych z serwatki. W tym celu przeprowadzono badania nad naturalnym lateksem i albuminą jaj, szeroko stosowanymi polimerami, które miesza się z białkami serwatkowymi, oraz ich wpływem na biotworzywa otrzymywane 61

Serwatka – aspekty teoretyczne

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

Fotografia 4.1. Napoje na bazie serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

z białek serwatkowych. W badaniach tych stwierdzono, że dodanie 10% naturalnego lateksu lub albuminy zwiększa odporność biotworzyw otrzymywanych z serwatki bez zmieniania ich twardości i kruchości. Stwierdzono, że jadalne materiały do powlekania wytwarzane z białek serwatkowych zapewniają właściwości przeciwutleniające mrożonym rybom i zapobiegają również gorzkiemu smakowi i rozwojowi pleśni w prażonych orzeszkach ziemnych. Ponadto, materiały do powlekania zawierające białka serwatkowe i monoglicerydy wykorzystywane są do obniżania poziomu wilgoci w zbożach i lepkości suszonych winogron. 4.6. Kultury starterowe

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

4.7. Inne bioprodukty

Wykorzystując różne mikroorganizmy i procesy, z serwatki można wyprodukować rozmaite kwasy organiczne (kwas octowy, propionowy, mlekowy, cytrynowy i glukonowy) i aminokwasy (kwas glutaminowy, lizynę i treoninę). Przeprowadzając fermentację serwatki w nieco odmienny sposób można wyprodukować 2,3-butanediol, który jest podstawowym materiałem w przemyśle chemicznym i może być potencjalnie wykorzystany jako alternatywne źródło energii. Przeprowadzane są badania nad produkcją glicerolu z serwatki drogą fermentacji drożdżowej, co ma stanowić alternatywę dla syntezy organicznej.

Laktoza i inne składniki odżywcze zawarte w serwatce są niezbędne dla rozwoju drobnoustrojów i przekształcają serwatkę w potencjalny surowiec do produkcji różnych bioproduktów wykorzystywanych w biotechnologii. Postawiono cel, by wykorzystywać produkty otrzymane z serwatki do opracowywania technologii przyjaznych dla środowiska, wielkoskalowej produkcji różnych substancji chemicznych (takich jak alkohol etylowy) i wielu innych produktów spożywczych o wysokiej wartości odżywczej i dodanej (drożdży piekarskich, karmy dla zwierząt wzbogaconej w białko, napojów na bazie serwatki przypominających kefir oraz kultur starterowych wykorzystywanych w procesie dojrzewania sera lub jako probiotyczny dodatek do żywności).

Z pozytywnym rezultatem przeprowadzono również produkcję gumy ksantanowej z serwatki. Ten polisacharyd znajduje zastosowanie w odwiertach naftowych, branży tekstylnej oraz w sektorze spożywczym, jako substancja zagęszczająca, emulgacyjna i stabilizująca.

Drogą propagacji Kluyveromyces marxianus, Lactobacillus bulgaricus i mieszanych bakterii kefirowych produkowane są kultury starterowe. Do przeprowadzania procesów przekształcenia laktozy na skalę przemysłową konieczne jest stosowanie odpowiednich i niekosztownych metod konserwacji (np. suszenie). W celu zmniejszenia kosztów suszenia kultur starterowych przebadano metodę suszenia w niskich temperaturach. Liofilizowane i suszone termalnie kultury starterowe można wykorzystać w procesie dojrzewania sera.

Wykorzystując Kluyveromyces lactis produkuje się lotne związki zapachowe. Serwatka wykorzystywana jest jako substrat do produkcji poligalakturonazy i innych enzymów oraz hormonów roślinnych i związków zapachowych.

Za pomocą fermentacji beztlenowej serwatki można wyprodukować octan magnezowo-wapniowy, który można stosować jako środek przeciwoblodzeniowy i przeciwszronowy na drogach. W farmacji wykorzystuje się produkcję fruktozo-bifosforanu i soli. Związki tez otrzymywane są w drodze biotransformacji serwatki przy użyciu Saccharomyces cerevisiae.

Biogenna betaina glicynowa i trehaloza to związki stosowane powszechnie w wielu branżach, takich jak przemysł spożywczy i tekstylny, medycyna, przemysł biotechnologiczny, rolnictwo, inżynieria

Serwatka – aspekty teoretyczne

4. Innowacyjne produkty przetwarzania serwatki

4.7. Inne bioprodukty

Biogenna betaina glicynowa i trehaloza to związki stosowane powszechnie w wielu branżach, takich jak przemysł spożywczy i tekstylny, medycyna, przemysł biotechnologiczny, rolnictwo, inżynieria

Serwatka – aspekty teoretyczne

genetyczna i żywienie zwierząt. Dlatego istotna jest produkcja przemysłowa tych produktów. Betaina glicynowa i trehaloza wytwarzane są z serwatki drogą fermentacji. Serwatka

WPC lub serwatka w proszku

Hydroliza laktozy

Słodziki

Demineralizacja

Czysta laktoza Laktitol Lakloza Inne

Laktoza

Permeat

Hydroliza laktozy

Rysunek 4.1. Metody wykorzystania serwatki stosowane na skalę przemysłową (Siso, 1996).

Biogaz

WPC

5. SKŁADNIKI ODŻYWCZE W SERWATCE ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ODŻYWCZE PRODUKTÓW OTRZYMYWANYCH Z SERWATKI Autor: prof. dr Imre Mucsi, Fundation of Knowledge, Węgry

Fermentacja

SCP Alkohol etylowy β-galaktozydaza Kwasy organiczne Galaktoza Glicerol Guma ksantanowa Karotenoidy Inne

5.1. Metody pomiarowe służące do określenia parametrów serwatki

Duża ilość wydzielanej serwatki oraz wysoka zawartość masy suchej to główne powody przemawiające za wykorzystywaniem serwatki, która jest produktem ubocznym w produkcji sera, skrzepu i kazeiny. Ze 100 litrów mleka do produkcji sera uwalnianych jest 80-90 litrów serwatki. Około 50% suchej masy mleka przechodzi do serwatki. Zawartość suchej masy w serwatce wynosi pomiędzy 5,4% a 6,7% w zależności od rodzaju mleka i produktu mlecznego. Laktoza to główny rozpuszczony składnik serwatki, ale zawiera ona również białka serwatkowe, minerały, niewielką ilość tłuszczu mlecznego, niebiałkowe związki azotowe i witaminy. Białka serwatkowe można wytrącić z serwatki poprzez ogrzanie (i zakwaszanie). Następnie wytwarza się z nich sery serwatkowe (np. ser urda, ricotta, brunost i ziger). Obniżenie zawartości wody w serwatce znacznie przedłuża dozwolony okres przechowywania. Pełnotłustą serwatkę tradycyjnie poddaje się kondensacji poprzez wielostopniowe odparowywanie pod zmniejszonym ciśnieniem do uzyskania 48-62% suchej masy. Główną część cukru mlekowego

Serwatka – aspekty teoretyczne

genetyczna i żywienie zwierząt. Dlatego istotna jest produkcja przemysłowa tych produktów. Betaina glicynowa i trehaloza wytwarzane są z serwatki drogą fermentacji. Serwatka

WPC lub serwatka w proszku

Hydroliza laktozy

Słodziki

Demineralizacja

Czysta laktoza Laktitol Lakloza Inne

Laktoza

Permeat

Hydroliza laktozy

Rysunek 4.1. Metody wykorzystania serwatki stosowane na skalę przemysłową (Siso, 1996).

Biogaz

WPC

5. SKŁADNIKI ODŻYWCZE W SERWATCE ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ODŻYWCZE PRODUKTÓW OTRZYMYWANYCH Z SERWATKI Autor: prof. dr Imre Mucsi, Fundation of Knowledge, Węgry

Fermentacja

SCP Alkohol etylowy β-galaktozydaza Kwasy organiczne Galaktoza Glicerol Guma ksantanowa Karotenoidy Inne

5.1. Metody pomiarowe służące do określenia parametrów serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

w kondensacie należy poddać krystalizacji do monohydratu alfa laktozy, by produkt nie był kleisty i higroskopijny. Następnie, poprzez proszkowanie i suszenie można wytworzyć serwatkę w proszku zawierającą jedynie 4-5% wody. Jeśli serwatka w proszku przeznaczona jest do wykorzystania w żywieniu niemowląt lub w żywności medycznej, wtedy należy obniżyć zawartość minerałów w serwatce (poddać ją demineralizacji). Dotyczy to zwłaszcza serwatki kwaśnej charakteryzującej się wysoką zawartością minerałów. Ilość soli zawartej w serwatce można przed sproszkowaniem obniżyć przy użyciu żywic jonowymiennych, elektrodializy lub nanofiltracji. Wykorzystując różne techniki separacji, poza dehydratacją można przeprowadzić frakcjonowanie suchej masy serwatki. Białka serwatkowe można oddzielić od małych cząsteczek cukru mlekowego i minerałów za pomocą procesu membranowego zwanego ultrafiltracją, dzięki czemu możliwe jest otrzymanie koncentratów i izolatów białkowych o różnej zawartości białka. Liczba stojąca za skrócona nazwą produktu (np. WPC-35, WPC-80) oznacza procentową zawartość białka w suchej masie koncentratu. Wraz ze wzrostem zawartości białek w koncentracie, maleje zawartość laktozy. Izolaty białek serwatkowych (WPI) są czystsze od koncentratów; ich zawartość białka wynosi minimum 90%. Jeśli ilość białek serwatkowych ma wynosić ponad 70%, wtedy ultrafiltrację należy połączyć z diafiltracją w celu otrzymania czystszego produktu. W hydrolizatach białek serwatkowych (WPH) białka serwatkowe hydrolizowane są do peptydów i aminokwasów, które są trawione łatwiej niż białka i mogą być spożywane przez dzieci cierpiące na alergię na białka mleka krowiego. Frakcjonowania białek serwatkowych i peptydów można dokonać, np. za pomocą selektywnego wytrącania, metod chromatograficznych i procesów separacji membranowej. Cukier mleczny można rozbić na galaktozę i glukozę przy użyciu hydrolizy enzymatycznej lub kwasowej. Otrzymany w ten sposób syrop można wykorzystać do produkcji słodkich produktów mlecznych lub innych produktów spożywczych. 66

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Zaletą tych produktów jest to, że mogą być konsumowane przez osoby cierpiące na nietolerancję laktozy. Laktuloza to sztuczny cukier produkowany w trakcie izomeryzacji laktozy, kiedy to cząsteczki glukozy zastępowane są cząsteczkami fruktozy. Laktuloza nie jest rozbijana przez enzym laktazę, fermentuje ona pod wpływem bakterii w jelicie cienkim; wykazuje działanie prebiotyczne i zapobiega wystąpieniu zaparć. Poprzez redukcję laktozy można otrzymać alkohol cukrowy, czyli tzw. laktitol. Ze względu na słodki smak i niską zawartość energetyczną (~9 kJ/g), jest on zwykle stosowany jako zamiennik cukru w celu zmniejszenia zawartości energetycznej produktów spożywczych. Laktitol ma działanie prebiotyczne, a poza tym może być stosowany przez diabetyków, ponieważ wykorzystywany jest przez organizm ludzki niezależnie od insuliny. Kwas laktobionowy produkowany jest poprzez utlenianie laktozy. Wykazuje on działanie silnie chelatujące. Sól laktobionianu wapnia może być wykorzystywana jako środek stabilizujący w żywności oraz w produktach medycznych zwiększających poziom wapnia w organizmie ludzkim. Galaktooligosacharydy (GOS) to jedne z najważniejszych grup prebiotyków. GOS to oporne na trawienie węglowodany zbudowane z 3-8 monomerów. GOS występują w swojej naturalnej formie w mleku, ale można je również wytworzyć z pomocą enzymów mikrobiologicznych w obecności laktozy. W zależności od długości łańcucha molekularnego GOS oraz rodzaju monomerów, można wytworzyć kilka rodzajów cząsteczek GOS. Monosacharyd D-tagatoza, powszechnie wykorzystywany jako słodzik, można otrzymać w wyniku izomeryzacji alkalicznej i enzymatycznej cząsteczek D-galaktozy. Jego właściwości słodzące sięgają 92% w porównaniu do sacharozy, ale tylko w niewielkim stopniu wchłaniany jest w jelicie cienkim. D-tagatoza w większości ulega fermentacji w jelicie grubym pod wpływem mikroflory jelitowej. Dlatego D-tagatoza ma niższą wartość kaloryczną od sacharozy. Poza wyżej wymienionymi zastosowaniami, serwatka wykorzystywana jest również w wielu innych celach. Drożdże serwatkowe ulegają fermentacji, w wyniku której powstaje alkohol etylowy. Bez67

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

tlenowa utylizacja serwatki prowadzi do powstania metanu, który można wykorzystać jako biogaz. Cukier mleczny (jako źródło węgla) wykorzystywany jest przez drożdże jako substrat do budowania komórek. Kwas mlekowy wytwarzany przez bakterie mlekowe z laktozy to materiał źródłowy polimeru zwanego poli(kwasem mlekowym) (PLA). Poli(kwas mlekowy) to rodzaj tworzywa ulegającego biodegradacji. Z serwatki fermentowanych jest kilka rodzajów kwasów organicznych, witaminy, aminokwasy, guma ksantanowa oraz inne produkty. Pochodne serwatki są również wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Na świecie produkuje się 185-190 milionów ton serwatki każdego roku, a liczba ta będzie wzrastać w przyszłości. Ze względu na wysoką zawartość suchej masy, serwatka cechuje się wysokim biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu, więc jeśli klasyfikowałoby się ją jako ściek, byłaby najbardziej zanieczyszczającym środowisko produktem ubocznym przemysłu spożywczego. Poza kwestiami związanymi z ochroną środowiska, istnieje potrzeba wykorzystywania serwatki ze względu na zawartość składników wywierających korzystny wpływ na organizm ludzki. Jednym z etapów przetwarzania serwatki jest dehydratacja. Ponadto, by zwiększyć jakość serwatki należy zmniejszyć zawartość minerałów, zwłaszcza NaCl. Te dwa zabiegi można przeprowadzać równocześnie jeśli serwatka zatężana jest za pomocą filtrów. Mikroskopijne drobinki tłuszczu i komórki bakterii można usunąć z mleka za pomocą mikrofiltracji. Ze względu na swój rozmiar nie przenikają one przez membranę i zatrzymane zostają w retentacie, podczas gdy pozostałe składniki przedostają się do filtratu. Zimną sterylizację mleka można przeprowadzić za pomocą mikrofiltracji. By uzyskać wysoką czystość produktu ważnym jest, by oddzielić wyżej wymienione cząsteczki od białek serwatkowych w trakcie produkcji koncentratu białek serwatkowych (WPC) lub izolatu białek serwatkowych (WPI). Cząsteczki cukru mlekowego i białek można odseparować za pomocą membrany do ultrafiltracji. Rozmiar porów (ok. 0,01 μm – 0,1 μm) 68

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

oraz poziom zatrzymywania cząsteczek przez membranę ultrafiltracyjną są zróżnicowane, dzięki czemu można przeprowadzić frakcjonowanie białek różnej wielkości. Ultrafiltracja jest szeroko stosowana do produkcji koncentratów o wysokiej zawartości białka. Wysoka zawartość Ca w retentacie spowodowana jest tym, że znaczna ilość wapnia łączy się z cząsteczkami białka. Filtrat w procesie ultrafiltracji składa się z laktozy, niebiałkowych związków azotowych, kwasów organicznych o małej masie molowej oraz jonów. W przypadku produkcji produktów o zawartości białek w masie suchej przekraczającej 70%, modułu ultrafiltracyjnego należy używać w trybie diafiltracyjnym. Dodanie świeżej wody do koncentratu pomaga usunąć cukier mlekowy i sole, co prowadzi do osiągnięcia wyższej czystości białek. Odwrócona osmoza wykorzystywana jest do zagęszczania permeatu z mleka i serwatki, a ultrafiltracja w celu zwiększania zawartości suchej masy. Membrany zatrzymują jony jednowartościowe (K+, Na+, Cl-) w 95%, więc filtrat jest praktycznie pozbawioną jonów wodą, której biologiczne i chemiczne zapotrzebowanie tlenu zostaje zmniejszone do poniżej 100 ppm. Odwrócona osmoza stosowana jest do produkcji koncentratów o stopniu zatężenia nieprzekraczającym 25%. Produkcja koncentratów zawierających wyższy poziom masy suchej jest ograniczona ze względu na stały wzrost ciśnienia osmotycznego retentatu. Połączenie procesów odwróconej osmozy i odparowywania pod zmniejszonym ciśnieniem jest dużo bardziej wydajne energetycznie niż zatężanie jedynie poprzez odparowywanie. Elektrodializa wykorzystywana jest do częściowego odsalania koncentratów serwatki. Stosując tę metodę można usunąć ponad 90% NaCl z koncentratu. W trakcie separacji nieporowate membrany kationowymienne i membrany anionowymienne umieszczone są naprzemiennie pomiędzy katodą i anodą, tworząc układ komór. Odsalaną ciecz wprowadza się do komór odsalania skąd kationy wędrują w stronę ujemnie naładowanej anody, a aniony w stronę dodatnio naładowanej katody. Dodatnio naładowane membrany anionowymienne zapobiegają przedostawaniu się kationów i odwrotnie, 69

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

aniony nie przedostaną się przez membrany kationowymienne. W rezultacie, jony gromadzą się w komorach zatężania roztworu.

Składniki

5.2. Skład serwatki

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

K [ppm]

1050-1700

1200-1800

Ca [ppm]

250-500

800-1100

Mg [ppm]

40-100

80-120

Serwatka została odkryta 3000 lat temu. Mleko było przechowywane i transportowane w żołądkach cieląt przez naszych przodków, którzy odkryli naturalny proces ścinania się. Później zidentyfikowano enzym, który powodował ten proces. W trakcie ścinania wytwarzane były dwa odrębne produkty: skrzep i serwatka. Serwatka uważana jest za produkt uboczny w produkcji skrzepu (na Węgrzech), sera i kazeiny.

P [ppm]

350-550

500-700

Tiamina [ppm]

0,4

Ryboflawina [ppm]

1,4

Serwatka jest bogata w białko, minerały i witaminy. Jej wysoka wartość odżywcza została odkryta w bieżącym stuleciu choć jej właściwości lecznicze były juz znane w Szwajcarii, Austrii i Niemczech w XVIII i XIX wieku. Stosowanie serwatki w proszku powinno być ograniczane jedynie ze względu na wysoką zawartość laktozy, ale istnieje wiele rodzajów produktów spożywczych, w których może być ona szeroko stosowana. Przy produkcji serów twarogowych i miękkich pod wpływem zakwaszania otrzymuje się serwatkę kwaśną, natomiast serwatkę słodką otrzymuje się w procesie produkcji serów podpuszczkowych. Skład serwatki słodkiej i kwaśnej: Składniki Całkowita masa sucha [%]

Witaminy

Pirydoksyna [ppm]

0,5

Kobalamina [ppm]

0,002

Kwas nikotynowy [ppm]

0,85

Kwas foliowy [ppm]

0,05

Kwas pantotenowy [ppm]

3,4

Kwas askorbinowy [ppm]

2,2

ilości śladowe maks. 0,1

maks. 0,8

5,60-6,50

4,35-5,10

4,7-6,4

8,4

Serwatka [%] pH Przewodnictwo [mS/cm]

Poniższa tabela pokazuje rozkład składników mleka pomiędzy skrzepem a serwatką w produkcji sera: (Procentowy rozkład składników mleka w serze i serwatce.) Przedostające się do sera ze 100 części składników

Przedostające się do serwatki ze 100 części składników

Tłuszcz

87,7

12,3

Białko

72,0

28,0

5,3

94,7

Składniki mleka

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

5,40-6,35

5,60-6,70

Cukier mleczny (laktoza) [%]

4,1-5,0

3,8-4,6

Cukier mleczny

Całkowita zawartość białek [%]

0,8-1,0

Minerały

18,8

81,2

0,6-0,7

Całkowita masa sucha

46,4

53,6

0,2

Minerały [%]

0,50-0,60

0,50-0,85

Cl [ppm]

1000-1640

1000

Na [ppm]

300-460

450-600

Białko serwatkowe [%] Tłuszcz mleczny [%]

W przypadku obróbki tradycyjnej 46,4% suchej masy obecnej w materiale źródłowym przedostaje się do produktu docelowego. Większa część wartościowej suchej masy ulega zmarnowaniu. Produkcja sera nie jest ekonomiczną metodą przetwórstwa mleka, po71

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

aniony nie przedostaną się przez membrany kationowymienne. W rezultacie, jony gromadzą się w komorach zatężania roztworu.

Składniki

5.2. Skład serwatki

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

K [ppm]

1050-1700

1200-1800

Ca [ppm]

250-500

800-1100

Mg [ppm]

40-100

80-120

P [ppm]

350-550

500-700

Tiamina [ppm]

0,4

Ryboflawina [ppm]

1,4

Witaminy

Pirydoksyna [ppm]

0,5

Kobalamina [ppm]

0,002

Kwas nikotynowy [ppm]

0,85

Kwas foliowy [ppm]

0,05

Kwas pantotenowy [ppm]

3,4

Kwas askorbinowy [ppm]

2,2

ilości śladowe maks. 0,1

maks. 0,8

5,60-6,50

4,35-5,10

4,7-6,4

8,4

Serwatka [%] pH Przewodnictwo [mS/cm]

Przedostające się do serwatki ze 100 części składników

Tłuszcz

87,7

12,3

Białko

72,0

28,0

5,3

94,7

Składniki mleka

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

5,40-6,35

5,60-6,70

Cukier mleczny (laktoza) [%]

4,1-5,0

3,8-4,6

Cukier mleczny

Całkowita zawartość białek [%]

0,8-1,0

Minerały

18,8

81,2

0,6-0,7

Całkowita masa sucha

46,4

53,6

0,2

Minerały [%]

0,50-0,60

0,50-0,85

Cl [ppm]

1000-1640

1000

Na [ppm]

300-460

450-600

Białko serwatkowe [%] Tłuszcz mleczny [%]

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

nieważ substancje naturalne obecne w mleku, takie jak węglowodany (94,7% z nich), minerały (81,2% z nich), białka (12,3% z nich) oraz część witamin rozpuszczalnych w wodzie marnuje się, przez co nie są dostępne do konsumpcji. Skład serwatki

Poniższa tabela prezentuje zawartość aminokwasów w serwatce, serwatce w proszku i mleku matki oraz różnice między nimi. Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

Tryptofan

0,013

0,016

0,205

0,251

0,017

0,25

0,054

0,038

0,817

0,59

0,046

0,5

Aminokwasy (g/100g)

Serwatka (w 1000 ml)

Serwatka (w 1000 g)

Treonina Izoleucuna

0,047

0,038

0,719

0,581

0,056

0,7

956

Leucuna

0,078

0,072

1,186

1,116

0,095

1,1

48/59*

740/660*

Lizyna

0,068

0,065

1,03

1,008

0,068

0,8

Białko (g)

125

Metionina

0,016

0,014

0,241

0,221

0,021

1,1

Tłuszcz (g)

Cystyna

0,017

0,014

0,253

0,211

0,019

1,1

Fenyloalanina

0,027

0,025

0,407

0,386

0,046

1,1

Tyrozyna

0,024

0,019

0,363

0,300

0,053

1,1 0,8

Składniki Masa sucha (g) Cukier mleczny (g)

Kwas mlekowy (g)

1/5*

2/42*

Minerały (g)

5/7*

80/105*

0,5/1*

7/20*

Walina

0,046

0,038

0,697

0,579

0,063

0,5

Arginina

0,025

0,021

0,375

0,327

0,043

K (g)

1,4

Histydyna

0,016

0,015

0,237

0,23

0,023

Na (g)

0,45

Alanina

0,039

0,033

0,598

0,506

0,036

Cl (g)

Mg (g)

0,074

1,269

1,149

0,082

1/2*

Kwas asparaginowy

0,083

0,04/0,8*

Zn (mg)

0,3/2,3*

10/60*

Gluten acid

0,148

0,136

2,248

2,096

0,168

Fe (mg)

0,9

Glicyna

0,018

0,014

0,28

0,211

0,026

Cu (mg)

0,2

Prolina

0,052

0,045

0,786

0,699

0,082

Mn (mg)

6/26

120/470

Seryna

0,041

0,035

0,622

0,541

0,043

Ca (g) P (g)

Witaminy Tiamina (mg)

0,4

Ryboflawina (mg)

1,4

Adermina (mg)

0,5

Kobalamina (mg)

1,5

Kwas nikotynowy (mg)

2,0

Kwas foliowy (mg)

220

Kwas pantotenowy (mg)

115

Kwas askorbinowy (mg)

Wartość pH (mg) * wartość serwatki słodkiej i kwaśnej 72

6,0/4,5*

Serwatka jest bogata w minerały ze względu na zawartość większości z nich w wodzie. Poniższa tabela prezentuje zawartość minerałów w serwatce, serwatce w proszku i mleku matki oraz różnice między nimi. Minerały (mg/100g)

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

103

769

2054

32,2

800

0,06

0,08

0,88

1,24

0,03

12-18

176

199

3,4

300

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Poniższa tabela prezentuje zawartość aminokwasów w serwatce, serwatce w proszku i mleku matki oraz różnice między nimi. Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

Tryptofan

0,013

0,016

0,205

0,251

0,017

0,25

0,054

0,038

0,817

0,59

0,046

0,5

Aminokwasy (g/100g)

Serwatka (w 1000 ml)

Serwatka (w 1000 g)

Treonina Izoleucuna

0,047

0,038

0,719

0,581

0,056

0,7

956

Leucuna

0,078

0,072

1,186

1,116

0,095

1,1

48/59*

740/660*

Lizyna

0,068

0,065

1,03

1,008

0,068

0,8

Białko (g)

125

Metionina

0,016

0,014

0,241

0,221

0,021

1,1

Tłuszcz (g)

Cystyna

0,017

0,014

0,253

0,211

0,019

1,1

Fenyloalanina

0,027

0,025

0,407

0,386

0,046

1,1

Tyrozyna

0,024

0,019

0,363

0,300

0,053

1,1 0,8

Składniki Masa sucha (g) Cukier mleczny (g)

Kwas mlekowy (g)

1/5*

2/42*

Minerały (g)

5/7*

80/105*

0,5/1*

7/20*

Walina

0,046

0,038

0,697

0,579

0,063

0,5

Arginina

0,025

0,021

0,375

0,327

0,043

K (g)

1,4

Histydyna

0,016

0,015

0,237

0,23

0,023

Na (g)

0,45

Alanina

0,039

0,033

0,598

0,506

0,036

Cl (g)

Mg (g)

0,074

1,269

1,149

0,082

1/2*

Kwas asparaginowy

0,083

0,04/0,8*

Zn (mg)

0,3/2,3*

10/60*

Gluten acid

0,148

0,136

2,248

2,096

0,168

Fe (mg)

0,9

Glicyna

0,018

0,014

0,28

0,211

0,026

Cu (mg)

0,2

Prolina

0,052

0,045

0,786

0,699

0,082

Mn (mg)

6/26

120/470

Seryna

0,041

0,035

0,622

0,541

0,043

Ca (g) P (g)

Witaminy Tiamina (mg)

0,4

Ryboflawina (mg)

1,4

Adermina (mg)

0,5

Kobalamina (mg)

1,5

Kwas nikotynowy (mg)

2,0

Kwas foliowy (mg)

220

Kwas pantotenowy (mg)

115

Kwas askorbinowy (mg)

Wartość pH (mg) * wartość serwatki słodkiej i kwaśnej 72

6,0/4,5*

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

103

769

2054

32,2

800

0,06

0,08

0,88

1,24

0,03

12-18

176

199

3,4

300

Serwatka – aspekty teoretyczne

Minerały (mg/100g)

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

932

1349

13,7

800

161

143

2080

2289

51,2

2000

1079

968

16,9

2000

0,13

0,43

1,97

6,31

0,17

0,004

0,003

0,07

0,05

0,052

0,001

0,002

0,009

0,015

0,026

1,9

1,8

27,2

27,3

1,8

Se (μg/100g)

Ze względu na niską zawartość tłuszczu serwatka zawiera niską ilość witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Witaminy (mg/100g)

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie mężczyzny

Dzienne zapotrzebowanie kobiety

Kwas askorbinowy

0,1

1,5

0,9

5,0

Tiamina (B1)

0,036

0,042

0,51

0,622

0,014

1,4

1,2

Ryboflawina (B2)

0,158

1,14

2,208

2,06

0,036

1,7

1,6

Niacyna

0,074

0,079

1,258

1,16

0,177

Kwas pantotenowy (mg)

0,383

0,381

5,62

5,632

0,223

Witamina B6

0,031

0,042

0,584

0,62

0,011

Witamina B12

0,28

0,18

2,37

2,5

0,045

0,0004

Witamina A (IU)

241

Retinol

Cukier mleczny, zwany inaczej laktozą, to dwucukier składający się z galaktozy i glukozy. Jego nazwa pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego mleko oraz przyrostka -oza (oznaczającego cukier). Cząsteczki 74

β-D-galaktozy i D-glukozy łączą się wiązaniem β-1-4-glikozydowym. Cukry proste są również obecne w formie pierścieni piranozowych. Masa sucha serwatki składa się głównie z cukru mlecznego (ok. 70%). W masie suchej mleka zawartość laktozy wynosi 2-8%. Cukier mleczny to składnik odżywczy, który nie może zostać przetworzony w organizmie ludzkim w swojej pierwotnej formie. Niemniej jednak, dzięki enzymowi laktaza wytwarzanym w jelicie cienkim, który rozkłada dwucukier, cukier ten ulega absorpcji i staje się pożytecznym źródłem energii. Po przekształceniu z dwucukru na cukier prosty, cukier gronowy przedostaje się do krwiobiegu i może zostać od razu wykorzystany, natomiast galaktoza ulega przekształceniu w wątrobie. Korzystne działanie laktozy wiąże się między innymi z tym, że jej indeks glikemiczny jest o połowę mniejszy od glukozy i nie ma aż tak dużego wpływu na poziom cukrów w krwi. Laktoza jest wykorzystywana przez bakterie jelitowe jako źródło pokarmu. Wytwarzają one kwas mlekowy i krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SFCA), zapobiegają namnażaniu się szkodliwych bakterii (proteolitycznych i gnilnych), obniżając wartość pH jelita grubego. Niskie pH zwiększa rozpuszczalność niektórych minerałów (na przykład wapnia i magnezu), co związane jest ze wzrostem ciśnienia osmotycznego zawartości jelit pod wpływem działania bakterii. Te dwa procesy zwiększają efektywność absorpcji minerałów. Nietolerancja laktozy występuje przy niedoborze enzymu laktazy lub jeśli niski poziom tego enzymu jest przyczyną objawów klinicznych (wzdęcia, skurcze, biegunka). Serwatka jest ważnym źródłem wapnia. Wapń to minerał najpowszechniej występujący w organizmie ludzkim. Wraz z fosforem i magnezem pełni istotną rolę w budowie kości i zębów. Serwatka zawiera 3-4 razy więcej potasu niż sodu. Wysoki stosunek potasu do sodu może być przyczyną wysokiego ciśnienia krwi, ale wysoka zawartość potasu w serwatce może stanowić przeciwwagę dla wysokiego spożycia sodu. Rozpuszczalne w wodzie witaminy, zwłaszcza witami75

Serwatka – aspekty teoretyczne

Minerały (mg/100g)

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie

932

1349

13,7

800

161

143

2080

2289

51,2

2000

1079

968

16,9

2000

0,13

0,43

1,97

6,31

0,17

0,004

0,003

0,07

0,05

0,052

0,001

0,002

0,009

0,015

0,026

1,9

1,8

27,2

27,3

1,8

Se (μg/100g)

Ze względu na niską zawartość tłuszczu serwatka zawiera niską ilość witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Witaminy (mg/100g)

Serwatka słodka

Serwatka kwaśna

Serwatka słodka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku

Mleko matki

Dzienne zapotrzebowanie mężczyzny

Dzienne zapotrzebowanie kobiety

Kwas askorbinowy

0,1

1,5

0,9

5,0

Tiamina (B1)

0,036

0,042

0,51

0,622

0,014

1,4

1,2

Ryboflawina (B2)

0,158

1,14

2,208

2,06

0,036

1,7

1,6

Niacyna

0,074

0,079

1,258

1,16

0,177

Kwas pantotenowy (mg)

0,383

0,381

5,62

5,632

0,223

Witamina B6

0,031

0,042

0,584

0,62

0,011

Witamina B12

0,28

0,18

2,37

2,5

0,045

0,0004

Witamina A (IU)

241

Retinol

Serwatka – aspekty teoretyczne

ny z grupy B, stanowią większą część witamin zawartych w serwatce z powodu niskiej zawartości tłuszczu. Wśród witamin z grupy B, ryboflawina (B2) i kobalamina (B12) występują w serwatce w największych ilościach. Ryboflawina nadaje serwatce zielono żółtawą barwę. 5.3. Struktura i funkcja białek serwatkowych

Poza białkami w serwatce występują również niebiałkowe związki azotowe, np. peptydy, wolne aminokwasy, karbamid, kreatyna oraz sole amonowe i kwas orotowy. Białka serwatkowe tworzą grupę heterogeniczną. Różne frakcje białkowe serwatki mają bardzo niewiele wspólnych cech. Jedną z najbardziej znanych ich cech jest to, że zachowują swoją rozpuszczalność nawet po wytrąceniu kazeiny z roztworu. Strawność białek serwatkowych utrzymuje się w granicach 94-100%. Ilości procentowe różnych frakcji białkowych serwatki z mleka krowiego przedstawiono poniżej: • • • • • • •

β-laktoglobulina 44-58% α-laktoalbumina 13-22% glikomakropeptydy 12-20% albumina osocza 4-8% immunoglobuliny 8-15% laktoferyna 2-3% peroksydaza mlekowa 0,5%

Białka serwatkowe to kompletne, wysokojakościowe białka o bogatym profilu aminokwasowym. Serwatka zawiera całe spektrum aminokwasów (AA), od aminokwasów egzogennych (EAA) po aminokwasy o rozgałęzionych łańcuchach (BCAA), które odgrywają kluczową rolę we wzroście tkanek. Leucyna jest ważnym BCAA, który odgrywa kluczową rolę w metabolizmie glukozy i insuliny, co zostało odkryte niedawno. Białka serwatkowe zawierają większe ilości aminokwasów EAA i BCAA niż inne źródła białka (soja, kukurydza, pszenica), 76

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

ludzki organizm może je efektywnie wchłaniać i wykorzystywać. Ze względu na wysokie stężenie EAA i BCAA, serwatka pomaga organizmowi ludzkiemu zachować tkankę mięśniową. Jest to przydatne zwłaszcza osobom starszym, osobom prowadzącym aktywny tryb życia oraz tym, którzy chcą schudnąć lub utrzymać aktualną wagę ciała. Białka serwatkowe pomagają osobom starszym unikać niepożądanych zmian w ich organizmie spowodowanych starzeniem się. Ponadto, wspomagają profilaktykę chorób takich jak choroby serca, zawał, cukrzyca, itp. Białka serwatkowe ograniczają do minimum ryzyko wystąpienia sarkopenii dzięki stymulacji syntezy białek po posiłku, a ponadto ograniczają straty białka w organizmie. Spożywanie serwatki wzmaga syntezę białek mięśniowych, co jest korzystne dla osób wykonujących ćwiczenia fizyczne, np. trening siłowy. Konsumpcja 10-20 gramów serwatki przez osoby starsze po wysiłku fizycznym zwiększy syntezę białka dzięki wysokiej zawartości aminokwasów EAA i leucyny w serwatce. Dlatego można powiedzieć, że serwatka może pełnić istotną rolę w osiąganiu właściwej masy ciała. Zgodnie z wynikami badań właściwa konsumpcja wapnia może zapobiec otyłości i wspomóc odchudzanie. Według przeprowadzonych badań epidemiologicznych niska konsumpcja wapnia wysoce zwiększa ryzyko otyłości. Laktoza to główny cukier obecny w serwatce. Charakteryzuje się niskim indeksem glikemicznym, dzięki czemu wspomaga utratę wagi. Laktoza minimalnie wpływa na poziom cukru we krwi i odpowiedź insulinową, więc jest idealnym rozwiązaniem dla osób cierpiących na cukrzycę typu 2. Białko wywołuje uczucie nasycenia i może obniżać poziom tłuszczu w organizmie oraz wagę ciała poprzez modulację zapotrzebowania energetycznego. Serwatka może redukować zapotrzebowanie na żywność lepiej niż inne źródła białka, takie jak soja, jaja lub mięso. Dlatego właśnie serwatka jest idealnym rozwiązaniem dla osób, które chcą spożywać żywność o wysokiej zawartości białka i niskiej zawartości węglowodanów. 77

Serwatka – aspekty teoretyczne

β-laktoglobulina 44-58% α-laktoalbumina 13-22% glikomakropeptydy 12-20% albumina osocza 4-8% immunoglobuliny 8-15% laktoferyna 2-3% peroksydaza mlekowa 0,5%

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

Aminokwasy rozgałęzione i leucyna odgrywają unikatową rolę w kontroli przemiany materii, pomagają redukować poziom tłuszczu w organizmie oraz budować tkankę mięśniową. Wielu sportowców przyjmuje białka serwatkowe ze względu na to, że zawierają aminokwasy rozgałęzione (BCAA). Trening siłowy sprawia, że zapotrzebowanie naszego organizmu na BCAA wzrasta. Białko serwatkowe są idealnym zamiennikiem BCAA, które stymulują syntezę białka i rozwój mięśni podczas odpoczynku. Białka serwatkowe bardzo skutecznie zwiększają syntezę białek mięśni, ponieważ ich profile aminokwasowe są prawie takie same, jak profile aminokwasowe mięśni szkieletowych. Ponadto, z uwagi na wysoką zawartość aminokwasów (EAA), białka serwatkowe skutecznie stymulują syntezę białek w mięśniach osób dorosłych. Białka serwatkowe mają niezwykłą zdolność do wielowymiarowej optymalizacji układu odpornościowego. Przede wszystkim zwiększają poziom glutationu (GSH) w tkankach. GSH to przeciwutleniacz naszego organizmu. Chroni komórki przed zniszczeniem spowodowanym przez wolne rodniki, zanieczyszczenie, trucizny, infekcje i promieniowanie ultrafioletowe. Poziom GSH jest obniżony u osób zarażonych wirusem HIV, cierpiących na raka, zespół chronicznego zmęczenia i inne choroby układu odpornościowego. Poziom GSH obniża się wraz z wiekiem i może być częściowo odpowiedzialny za wystąpienie choroby Alzheimera, zaćmy, choroby Parkinsona i miażdżycy tętnic. Dlatego dieta bogata w białka serwatkowe jest ważna nie tylko dla osób cierpiących na pewne choroby, ale również dla osób zdrowych w każdej grupie wiekowej. Następujące składniki serwatki wywierają korzystny wpływ na funkcjonowanie układu odpornościowego: • Cysteina – aminokwas obecny w dużych ilościach w białku serwatkowym. Jest to jedna z substancji odpowiedzialnych za produkcję GSH w komórkach. • Laktoferyna – wykazuje działanie immunomodulujące przeciwko drobnoustrojom i truciznom, chroni przed niektórymi wirusami, np. wirusem zapalenia wątroby, cytomegalowirusem i wirusem grypy. 78

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

• Immunoglobuliny – zwiększają odporność bierną, dzięki której chronią noworodki. A w przypadku dorosłych, zwiększają aktywność układu odpornościowego. • BCAA (aminokwasy rozgałęzione) – wytwarzane przez mięśnie do produkcji glutaminy, która jest jednym z prekursorów GSH oraz innych istotnych komponentów odporności. Białko serwatkowe również składa się z glutaminy, która dostarcza organizmowi „paliwa” do dzielenia komórek, dzięki czemu zapobiega zmęczeniu i przetrenowaniu. Laktoferyna to obecne w serwatce białko wykazujące zdolność do wiązania żelaza. Laktoferyna należy do grupy transferyn. Ta grupa związków odpowiedzialna jest za transportowanie żelaza w czerwonych krwinkach. Mięśnie zarówno kobiet, jak i mężczyzn w wieku 70-80 lat wykazują regresję spowodowaną sarkopenią wśród 30% osób powyżej 60 roku życia. Sarkopenia powoduje nie tylko obniżenie siły mięśni, ale również utratę masy mięśniowej. Głównymi przyczynami wystąpienia sarkopenii są: niskie spożycie białka, niskie spożycie kalorii, zmiana w syntezie białek i obniżona aktywność fizyczna. Synteza białek po posiłku jest niższa u zdrowych osób starszych niż u zdrowych osób młodych. Serwatka stymuluje lepszą syntezę białek po posiłku niż kazeina i dlatego redukuje utratę masy mięśniowej. Białko serwatkowe zawiera β-laktoglobulinę, α-laktoalbuminę, β-globulinę, laktoferynę, laktoperoksydazę i glikomakropeptyd, które są substancjami aktywnymi biologicznie. Białka obecne w serwatce mają następujące właściwości: przeciwutleniające, przeciwrakowe, antybakteryjne, zwalczające drobnoustroje i antywirusowe. Ponadto, obniżają wysokie ciśnienie krwi i poziom cholesterolu. Niektóre białka obecne w serwatce stabilizują witaminy i minerały, przez co odgrywają istotną rolę w metabolizmie składników odżywczych. Według przeprowadzonych badań naukowych, białka serwatkowe i peptydy wspomagają trawienie i funkcjonowanie jelit. Ponadto, zwiększają produkcję glutationu i wspomagają funkcjonowanie układu odpornościowego.

Serwatka – aspekty teoretyczne

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

W rezultacie, konsumpcja białek serwatkowych może na kilka sposobów przyczynić się od poprawy ogólnego stanu zdrowia organizmu. Poniższa tabela podsumowuje korzystne właściwości biologiczne frakcji białkowej serwatki: β-laktoglobulina

Białka serwatkowe w 50% składają się z β-laktoglobuliny. Chociaż właściwości biologiczne β-laktoglobuliny nie są jeszcze całkowite poznane, wiadomym jest, że stabilizuje ona minerały (np. cynk i wapń), rozpuszczalne w tłuszczach witaminy (np. witaminę A i E) oraz lipidy. Pełni więc bardzo istotną rolę biologiczną. Ponadto,, składa się z dużej ilości rozgałęzionych aminokwasów.

α-laktoalbumina

Białka serwatkowe w 50% składają się z α-laktoalbuminy. Wykazuje ona właściwości antyrakowe, przeciwbakteryjne i immunostymulujące. α-laktoalbumina zwiększa produkcję serotoniny, który poprawia humor. Redukuje poziom kortyzolu (hormonu stresu) w organizmie.

Peptydy

Peptydy znajdujące się w serwatce obniżają poziom cholesterolu oraz ciśnienie krwi, a ponadto zapobiegają niektórym typom raka.

Albumina

Białko serwatkowe zawiera 5% surowiczej albuminy wołowej, która ma działanie przeciwutleniające i antymutagenne. Odgrywa czynną rolę w stabilizacji wolnych kwasów tłuszczowych i tworzy chelaty z prooksydacyjnymi metalami przejściowymi.

Immunoglobuliny

Immunoglobuliny (np. IgA, IgM, IgE i IgG) pomagają nabyć odporność bierną.

Laktoferyna

Laktoferyna to białko wiążące żelazo, pierwiastek pełniący wiele funkcji w ludzkim organizmie. Laktoferyna ma działanie przeciwrakowe, przeciwwirusowe, przeciwbakteryjne, przeciwutleniające, przeciwzapalne i stymulujące odporność.

Laktoperoksydaza

Laktoperoksydaza to enzym ulegający rozkładowi do nadtlenku wodoru i wykazujący działanie przeciwbakteryjne. Laktoperoksydaza używana jest jako środek konserwujący i jako składnik past do zębów zapobiegający próchnicy. Ma działanie przeciwutleniające i stymulujące odporność.

Glikomakropeptydy

Glikomakropeptydy zmniejszają apetyt, mają działanie przeciwwirusowe, przeciwrakowe i stymulujące odporność, a ponadto zmniejszają krzepliwość krwi, zapobiegają wysokiemu ciśnieniu krwi i próchnicy.

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

U osób zdrowych optymalna dzienna dawka to 20-25 gramów izolatu białek serwatkowych (WPI) lub koncentratu (WPC). Sportowcy mogą przyjmować dawkę podwójną ze względu na wyższe zapotrzebowanie na białko niezbędne do regeneracji tkanek mięśniowych. Zwiększoną dawkę białek powinny przyjmować osoby cierpiące na chorobę Crohna i poddające się terapii onkologicznej oraz pacjenci, którzy doznali poważnych poparzeń i przeszli operacje. Docelowo, 20-30% dziennego zapotrzebowania na białko powinno być zaspakajane przez białka serwatkowe. Białka serwatkowe w proszku można z łatwością wymieszać z shake’ami, jogurtami, serami, sokami, napojami dla sportowców, gniecionymi ziemniakami i płatkami owsianymi. Mogą być również wykorzystywane jako suplement białkowy w klopsach, zupach, sosach i budyniach. W krajach wysoko rozwiniętych wzrasta zapotrzebowanie na żywność funkcjonalną. Żywność ta wywiera korzystny wpływ na organizm ludzki nie tylko ze względu na jej właściwości odżywcze. Słodka serwatka w proszku może być stosowana jako składnik lodów, budyniów, ciast, ciasteczek, chleba, produktów piekarniczych, czekolady, karmelków, soków, napojów bezalkoholowych, suszonych zup, sosów, produktów mięsnych i margaryn. Kwaśna serwatka w proszku może być stosowana w sokach, fermentowanych produktach mlecznych, serach, sosach, chlebie, krakersach i niektórych produktach mięsnych. W przypadku wykorzystywania serwatki w proszku jako składnik żywności dla niemowląt lub żywności medycznej może okazać się konieczna demineralizacja serwatki, zwłaszcza w przypadku kwaśnej serwatki, która cechuje się wyższą zawartością minerałów. Zarówno fermentowane, jak i bezalkoholowe napoje serwatkowe mogą być wytwarzane z serwatki lub jej określonych frakcji. Serwatka dodana do soków lub musów tworzy smaczny napój, który łączy w sobie korzystny wpływ owoców i serwatki na zdrowie ludzkie.

Serwatka – aspekty teoretyczne

α-laktoalbumina

Peptydy

Peptydy znajdujące się w serwatce obniżają poziom cholesterolu oraz ciśnienie krwi, a ponadto zapobiegają niektórym typom raka.

Albumina

Immunoglobuliny

Immunoglobuliny (np. IgA, IgM, IgE i IgG) pomagają nabyć odporność bierną.

Laktoferyna

Laktoperoksydaza

Glikomakropeptydy

5. Składniki odżywcze w serwatce oraz właściwości odżywcze produktów otrzymywanych z serwatki

Serwatka – aspekty teoretyczne

Bibliografia • Balatoni M., Ketting F. (1981): Tejipari kézikönyv. Budapeszt. Mezőgazdasági Kiadó. s. 774 • Csapó J., Csapóné Kiss Zs. (2002): Tej és tejtermékek a táplálkozásban. Budapeszt. Mezőgazda Kiadó. s. 464 • Molnár A., Molnár J.(1999): A sajtkészítés ABC-je. Galgahévíz. GAIA Alapítvány. s. 424 • Szakály S. (szerk.) (2001): Tejgazdaságtan. Budapeszt. Dinasztia Kiadó. s. 478 • Szilágyi A. (2002): Lactose – a potential prebiotic. Alimentary Pharmacology & Therapeutics, 16 (9) s. 1591-1602 • Wolfgang Sch. (2011): Házi sajtkészítés. Budapeszt. Mezőgazda Kiadó. s. 156 • http://phd.lib.uni-corvinus.hu/527 • http://phd.lib.uni-corvinus.hu/409/1/rektor_attila.pdf • http://www.tejedes.hu/cikkek.php?cid=7 • www.tejpor.hu/tejsavofeherje_koncentratum.html • http://hazisajtkeszites.hu/sajtmorzsak/erdekessegek/a-tejsavo-gyogyito-hatasa • http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/Tejsavó_erótiógátlás_Németh.pdf • http://balaicza.hu/savo-tisztito-kura • www.biotechusashop.hu/enciklopedia/Tejsavó_fehérje • www.rizsfeherje.hu/mi_a_gond_a_tejsavoval • www.kimintvet.hu/gyotap/flav_tejsavo.html • https://peakshop.hu/man/tejsavofeherje • https://hu.wikipedia.org/wiki/Laktóz • www.hazipatika.com › Betegségek A-Z • www.webbeteg.hu › Emésztőrendszeri megbetegedések › Cikkek • http://laktozerzekeny.org/a-tejcukorerzekenysegrol.html • https://hu.wikipedia.org/wiki/Szarkopénia • www.webbeteg.hu › Emésztőrendszeri megbetegedések › Cikkek • www.tejpor.hu/gyartas.html • http://ippc.kormany.hu/download/c/e9/70000/tej_utmutato.pdf • http://csuka.mk.u-szeged.hu/~temut/letoltes/hulladekhasznositas/allati.ppt • www.tejedes.hu/cikkek.php?cid=8 • www.tejedes.hu/cikkek.php

6. DOSTĘPNE NA RYNKU PRODUKTY OTRZYMYWANE Z SERWATKI: DEFINICJA, SKŁAD I FUNKCJE Autorzy: Murat Yılmaz, A. Demet Karaman – Uniwersytet Adnan Menderes w Turcji

6.1. Serwatka słodka w proszku

Serwatka słodka w proszku, zgodnie z TS 11860, definiowana jest jako produkt otrzymywany poprzez proszkowanie cieczy, której skład różni się w zależności od rodzaju sera i techniki serowarskiej, pozostałej po wyodrębnieniu kazeiny i tłuszczu, tworzących skrzep, przy wyrobie sera podpuszczkowego (TSE, 1995). Słodka serwatka w proszku otrzymywana jest poprzez pasteryzację i osuszenie świeżej serwatki otrzymywanej przy produkcji serów, takich jak ser szwajcarski, Mozzarella i Cheddar. Słodka serwatka w proszku zawiera, poza wodą, te same składniki oraz w tych samych proporcjach, co serwatka świeża. Należy ją przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład serwatki słodkiej w proszku przedstawia Tabela 6.1.

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. DOSTĘPNE NA RYNKU PRODUKTY OTRZYMYWANE Z SERWATKI: DEFINICJA, SKŁAD I FUNKCJE Autorzy: Murat Yılmaz, A. Demet Karaman – Uniwersytet Adnan Menderes w Turcji

6.1. Serwatka słodka w proszku

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Tabela 6.1. Skład serwatki słodkiej w proszku. Składnik

Ilość (%)

Białko

11,0-14,5

Laktoza

63,0-75,0

Tłuszcz

1,0-1,5

Minerały

8,2-8,8

Wilgoć

3,5-5,0

6.2. Kwaśna serwatka w proszku

Serwatka kwaśna w proszku, zgodnie z TS 11860, to produkt otrzymywany poprzez sproszkowanie odfiltrowanej ze skrzepu cieczy otrzymanej w wyniku zakwaszania mleka (TSE, 1995). Kwaśna serwatka w proszku otrzymywana jest poprzez pasteryzację i osuszenie świeżej serwatki otrzymywanej przy produkcji serów, takich jak Ricotta, serek homogenizowany i serek wiejski. Kwaśna serwatka w proszku zawiera, poza wodą, te same składniki oraz w tych samych proporcjach, co serwatka świeża. Należy ją przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład kwaśnej serwatki w proszku przedstawia Tabela 6.2. Tabela 6.2. Skład kwaśnej serwatki w proszku. Składnik

Ilość (%)

Białko

11,0-13,5

Laktoza

61,0-70,0

Tłuszcz

0,5-1,5

Minerały

9,8-12,3

Wilgoć

3,5-5,0

6.3. Serwatka odlaktozowana w proszku

Serwatkę odlaktozowaną w proszku otrzymuje się poprzez przeprowadzenie hydrolizy laktozy oraz jej usunięcie z serwatki. Poziom laktozy w wysuszonym proszku nie przekracza 60%. Laktoza usuwana jest poprzez fizyczne odseparowanie, np. filtrację lub wytrącenie, bądź enzymatyczną hydrolizę laktozy na glukozę i galaktozę. Należy ją przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład serwatki odlaktozowanej w proszku przedstawia Tabela 6.3. Tabela 6.3. Skład serwatki odlaktozowanej w proszku. Składnik Białko

Ilość (%) 18,0-24

Laktoza

52,0-58,0

Tłuszcz

1-4

Minerały Wilgoć

11-22 3,0-4,0

6.4. Serwatka zdemineralizowana:

Serwatkę zdemineralizowaną otrzymuje się poprzez częściowe (do poziomu 30%, 50% lub 90%) usunięcie minerałów z serwatki pasteryzowanej. Proces demineralizacji przeprowadzany jest przy wykorzystaniu technik separacyjnych, takich jak wymiana jonowa, nanofiltracja, diafiltracja i/lub elektrodializa. Serwatkę zdemineralizowaną należy przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład serwatki zdemineralizowanej w proszku przedstawia Tabela 6.4.

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Tabela 6.1. Skład serwatki słodkiej w proszku. Składnik

Ilość (%)

Białko

11,0-14,5

Laktoza

63,0-75,0

Tłuszcz

1,0-1,5

Minerały

8,2-8,8

Wilgoć

3,5-5,0

6.2. Kwaśna serwatka w proszku

Ilość (%)

Białko

11,0-13,5

Laktoza

61,0-70,0

Tłuszcz

0,5-1,5

Minerały

9,8-12,3

Wilgoć

3,5-5,0

6.3. Serwatka odlaktozowana w proszku

Ilość (%) 18,0-24

Laktoza

52,0-58,0

Tłuszcz

1-4

Minerały Wilgoć

11-22 3,0-4,0

6.4. Serwatka zdemineralizowana:

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Tabela 6.4. Skład serwatki zdemineralizowanej w proszku. Składnik Białko

Ilość (%) 11,0-15

Tabela 6.5. 34% koncentrat białek serwatkowych (WPC34) Składnik

Ilość (%)

Białko

34,0-36,0

Laktoza

70,0-80,0

Laktoza

48,0-52,0

Tłuszcz

0,5-1,8

Tłuszcz

3,0-4,5

Minerały

1,0-7,0

Minerały

6,5-8,0

Wilgoć

3,0-4,0

Wilgoć

3,0-4,5

Serwatka zdemineralizowana jest stosowana powszechnie w żywności dla dzieci, żywności przetworzonej, dodatkach wzbogacających produkty mleczarskie, pieczywie i słodyczach. Jest szczególnie często obecna w żywności, mleku i preparatach dla niemowląt wspomagających ich rozwój. Jest również wykorzystywana w napojach w proszku. Ponadto, stosowana jest jako dodatek do produktów mlecznych na bazie jogurtu. Jest również wykorzystywana w nowych produktach, takich jak Super Cereal Plus, wykorzystywanych przez Światowy Program Żywnościowy do zwalczania głodu występującego na poziomie średnim lub wysokim na całym świecie.

6.6. 50% koncentrat białek serwatkowych (WPC50)

Koncentrat białek serwatkowych otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 50% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC50) przedstawia Tabela 6.6. Tabela 6.6. 50% koncentrat białek serwatkowych (WPC50).

6.5. 34% koncentrat białek serwatkowych (WPC34)

Koncentrat białek serwatkowych otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 34% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC34) przedstawia Tabela 6.5.

Składnik

Ilość (%)

Białko

50,0-52,0

Laktoza

33,0-37,0

Tłuszcz

5,0-6,0

Minerały

4,5-5,5

Wilgoć

3,5-4,5

6.7. 60% koncentrat białek serwatkowych (WPC60)

Koncentrat białek serwatkowych otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 60% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić 87

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Tabela 6.4. Skład serwatki zdemineralizowanej w proszku. Składnik Białko

Ilość (%) 11,0-15

Tabela 6.5. 34% koncentrat białek serwatkowych (WPC34) Składnik

Ilość (%)

Białko

34,0-36,0

Laktoza

70,0-80,0

Laktoza

48,0-52,0

Tłuszcz

0,5-1,8

Tłuszcz

3,0-4,5

Minerały

1,0-7,0

Minerały

6,5-8,0

Wilgoć

3,0-4,0

Wilgoć

3,0-4,5

6.6. 50% koncentrat białek serwatkowych (WPC50)

6.5. 34% koncentrat białek serwatkowych (WPC34)

Składnik

Ilość (%)

Białko

50,0-52,0

Laktoza

33,0-37,0

Tłuszcz

5,0-6,0

Minerały

4,5-5,5

Wilgoć

3,5-4,5

6.7. 60% koncentrat białek serwatkowych (WPC60)

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC60) przedstawia Tabela 6.7. Tabela 6.7. 60% koncentrat białek serwatkowych (WPC60) Składnik

Ilość (%)

Białko

60,0-62,0

Laktoza

25,0-30,0

Tłuszcz

1,0-7,0

Minerały

4,0-6,0

Wilgoć

3,0-5,0

6.7. 75% koncentrat białek serwatkowych (WPC75)

Koncentrat białek serwatkowych otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 75% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC75) przedstawia Tabela 6.8. Tabela 6.8. 75% koncentrat białek serwatkowych (WPC75)

Składnik

Ilość (%)

Białko

75,0-78,0

Laktoza

10,0-15,0

Tłuszcz

4,0-9,0

Minerały

4,0-6,0

Wilgoć

3,0-5,0

6.9. 80% koncentrat białek serwatkowych (WPC80)

Koncentrat białek serwatkowych otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 80% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC80) przedstawia Tabela 6.9. Tabela 6.9. 80% koncentrat białek serwatkowych (WPC80). Składnik

Ilość (%)

Białko

80,0-82,0

Laktoza

4,0-8,0

Tłuszcz

4,0-8,0

Minerały

3,0-4,0

Wilgoć

3,5-4,5

Koncentraty białek serwatkowych (WPC) o różnej zawartości białka (34-80%) wykorzystuje się powszechnie w żywności dla niemowląt, zwłaszcza na rynkach Wschodniej Azji i Chin. Ponadto, WPC znajduje zastosowanie jako składnik odżywczy w napojach dla sportowców oraz składnik biorący czynny udział w rozwoju masy mięśniowej i kontroli wagi sportowców. 6.10. Izolat białka serwatkowego

Izolat białka serwatkowego (WPI) otrzymuje się przez usunięcie niebiałkowych składników z serwatki pasteryzowanej. Produkt końcowy zawiera 90% białek. Do wytworzenia produktu stosuje się membranowe techniki separacji. Należy go przechowywać i przewozić w temperaturze poniżej 27°C oraz wilgotności nie przekraczającej 65%. Dozwolony okres przechowywania może wynosić od 6 do 89

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Ilość (%)

Białko

60,0-62,0

Laktoza

25,0-30,0

Tłuszcz

1,0-7,0

Minerały

4,0-6,0

Wilgoć

3,0-5,0

6.7. 75% koncentrat białek serwatkowych (WPC75)

Składnik

Ilość (%)

Białko

75,0-78,0

Laktoza

10,0-15,0

Tłuszcz

4,0-9,0

Minerały

4,0-6,0

Wilgoć

3,0-5,0

6.9. 80% koncentrat białek serwatkowych (WPC80)

Ilość (%)

Białko

80,0-82,0

Laktoza

4,0-8,0

Tłuszcz

4,0-8,0

Minerały

3,0-4,0

Wilgoć

3,5-4,5

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC90) przedstawia Tabela 6.10. Tabela 6.10. Izolat białka serwatkowego Składnik

Ilość (%)

Białko

90,0-92,0

Laktoza

0,5-1,0

Tłuszcz

0,5-1,0

Minerały

2,0-3,0

Wilgoć

4,5

6.11. Laktoferyna, laktoperoksydaza (LP), glikomakropeptyd (GMP)

Laktoferyna to glikoproteina składająca się z pojedynczego polipeptydu powiązanego wiązaniem N glikozydowym z dwoma glikanami. Przeciętna ilość laktoferyny w mleku krowim wynosi 10mg/l, a w produktach zawierających białko serwatkowe jest jej znacznie więcej. Przykładowo, w 1 litrze słodkiej serwatki znajduje się 30-100 mg laktoferyny. Laktoferynę można wytwarzać w celach komercyjnych za pomocą różnych technik, takich jak chromatografia i technologie membranowe. Laktoferyna nie jest jedynym źródłem aminokwasów, ale odgrywa znaczącą rolę w wielu funkcjach biologicznych naszego organizmu. Skład laktoferyny przedstawia Tabela 6.11. Tabela 6.11. Skład laktoferyny. Składnik

>90,0

Laktoferyna

>90,0

Wilgoć Minerały

Ilość (%)

Białko

<5 <1,5

Żelazo jest pierwiastkiem istotnym dla rozwoju prawie wszystkich patogennych mikroorganizmów. Laktoferynę cechuje zdolność do wiązania żelaza, dzięki czemu zapobiega rozwojowi bakterii. Ponadto, odnotowano, że laktoferyna ma właściwości przeciwwirusowe, przeciwutleniające i przeciwgrzybicze oraz jest czynnym środkiem przeciwrakowym. Udowodniono naukowo, że laktoferyna zwalcza patogeny, takie jak bakterie, wirusy i grzyby. Wykazano w badaniach, że zapobiega ona rozwojowi niektórych drobnoustrojów, takich jak Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumonia, Camplobacter jejuni i Listeria monocytogenes oraz znacznie wpływa na poziom stężenia glutationu w osoczu u pacjentów zakażonych wirusem HIV. Ze względu na zdolność do zwalczania drobnoustrojów oraz właściwości prebiotyczne, laktoferynę stosuje się jako wielofunkcyjny dodatek do żywności. Laktoferynę zaleca się stosować jako dodatek do żywności dla niemowląt, sportowców i w gumach do żucia. Odnotowano również, że laktoferyna i aktywowana laktoferyna to odpowiednie substancje ochronne w przemyśle mięsnym. Laktoferyna nie zmienia koloru, zapachu ani wyglądu mięsa, do którego została dodana, a zapobiega występowaniu i rozwojowi bakterii, które są patogenami i prowadzą do zepsucia mięsa po jego wyprodukowaniu. Stwierdzono również, że laktoferyna poprawia jakość mikrobiologiczną klopsów Tekirdağ i zatrzymuje lub ogranicza rozwój E. Coli O157:H7 jeśli stosowana jest samodzielnie lub z czynnikiem chelatującym w fermentowanych wyrobach mięsnych oraz Pseudomonas fluorescence, E. coli O157:H7, Salmonella typhimurium i Campylobacter jejuni w mięsie świeżym. Wykazano również, że skutecznie usuwa mikroorganizmy, które występują na powierzchni tuszy wołowej. Stwierdzono, że laktoferyna zapobiega utlenianiu nienasyconych kwasów tłuszczowych w oleju sojowym w proszku i wydłuża dozwolony okres przechowywania produktu. Ponadto, wykazano, że bioaktywne peptydy pochodzące z laktoferyny zapobiegają rozwojowi drożdży odpowiedzialnych za psucie się wina i wydłużają dozwolony okres przechowywania wina.

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

12 miesięcy. Skład koncentratu białek serwatkowych (WPC90) przedstawia Tabela 6.10. Tabela 6.10. Izolat białka serwatkowego Składnik

Ilość (%)

Białko

90,0-92,0

Laktoza

0,5-1,0

Tłuszcz

0,5-1,0

Minerały

2,0-3,0

Wilgoć

4,5

6.11. Laktoferyna, laktoperoksydaza (LP), glikomakropeptyd (GMP)

>90,0

Laktoferyna

>90,0

Wilgoć Minerały

Ilość (%)

Białko

<5 <1,5

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Laktoperoksydaza (LP) to glikoproteina o masie molekularnej 77,5 kDa. LP to naturalny enzym zwalczający drobnoustroje. Występuje w słodkiej serwatce w ilości 1-30mg/l. Dozwolony okres przechowywania LP wynosi ponad 6 miesięcy. Należy przechowywać ją w temperaturze 2-8°C. Przeciętny skład laktoperoksydazy przedstawiony jest w Tabeli 6.12.

Glikomakropeptydy (GMP) otrzymywane są ze świeżej serwatki za pomocą wymiany jonowej i technologii membranowej. Skład glikomakropeptydu przedstawia Tabela 6.13. Tabela 6.13. Skład glikomakropeptydu. Składnik

Tabela 6.12. Przeciętny skład laktoperoksydazy. Składnik

Ilość (%)

Białko

Wilgoć

Minerały

LP jest istotna z biologicznego punktu widzenia ze względu na to, że występuje w naturalnym systemie obrony żywiciela przed patogennymi mikroorganizmom. Dzięki temu chroni układ pokarmowy noworodków przed chorobotwórczymi mikroorganizmami. Udowodniono w badaniach naukowych, że LP niszczy różne substancje rakotwórcze, chroni komórki zwierzęce przed peroksydacją, zwalcza drobnoustroje i wirusa polio. Ponadto, wykorzystywana jest również w produktach do pielęgnacji skóry i jamy ustnej oraz zapobiega wystąpieniu infekcji dziąseł i próchnicy zębów. Badania kliniczne wykazały, że LP skutecznie redukuje próchnicę i infekcje zębów jeśli jest składnikiem używanej pasty do zębów. LP stosuje się również w płynach do płukania jamy ustnej, szamponach i środkach przeciwtrądzikowych. LP jest również stosowana w niskich temperaturach, by zachować właściwości odżywcze i jakość pokarmów, takich jak sosy sałatkowe, napoje i desery, które są wrażliwe na działanie wysokich temperatur. Poza tym, LP jest wykorzystywana do hamowania rozwoju bakterii Listeria monocytogenes na mięsie oraz E.coli i S. typhimurium w mleku dla niemowląt. 92

Ilość (%)

Laktoza

Tłuszcz

0,6±0,2

Minerały

6,3±0,2

Wilgoć

6,0±0,2

Glikomakropeptyd, znany jako kazeinomakropeptyd, tworzy się w wyniku aktywności hydrolitycznej podpuszczki na κ-kazeinie w trakcie produkcji sera i stanowi prawie 10-20% białek serwatkowych. Enterotoksyny wydzielane przez Vibrio cholerae i E. coli wydalane są z układu pokarmowego przez GMP. Wykazano również, że glikomakropeptyd może być wykorzystywany jako prebiotyk stymulujący rozwój bifidobakterii, bakterii probiotycznych. 6.12. Masa sucha mleka (permeat)

Permeat to produkt zawierający maksymalnie 27% minerałów, 10% białka i minimalnie 59% laktozy. Permeat jest wykorzystywany jako składnik mleczny żywności i pasz. Skład permeatów przedstawia Tabela 6.14. Tabela 6.14. Skład permeatów. Składnik Białko

Permeat, który można stosować w żywności dla zwierząt (%)

Permeat, który można stosować w żywności dla ludzi (%)

3,5-4,0

3,0-8,0

Laktoza

65-85

Tłuszcz

0,2

1,5 (max.)

Minerały

8,5

8,0-20,0

4,0-5,0

3,0-5,0

Wilgoć

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Tabela 6.12. Przeciętny skład laktoperoksydazy. Składnik

Ilość (%)

Białko

Wilgoć

Minerały

Ilość (%)

Laktoza

Tłuszcz

0,6±0,2

Minerały

6,3±0,2

Wilgoć

6,0±0,2

Permeat, który można stosować w żywności dla zwierząt (%)

Permeat, który można stosować w żywności dla ludzi (%)

3,5-4,0

3,0-8,0

Laktoza

65-85

Tłuszcz

0,2

1,5 (max.)

Minerały

8,5

8,0-20,0

4,0-5,0

3,0-5,0

Wilgoć

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Permeat, który można stosować w żywności dla zwierząt wykorzystywany jest przede wszystkim w dużych ilościach w pokarmie dla świń, ale również w pokarmie dla psów, kotów, kur i innych zwierząt. Permeat jest wykorzystywany jako źródło laktozy i białka w pieczywie i ciastach. Stosując permeat można ograniczyć ilość używanej sacharozy lub syropu kukurydzianego. Ponadto, produkt ten jest również wykorzystywany jako pożywka dla drożdży. 6.13. Serwatka o obniżonej zawartości laktozy (koncentrat minerałów serwatki)

Do produkcji serwatki o obniżonej zawartości laktozy wykorzystuje się metodę suszenia rozpyłowego. Serwatka ta stosowana jest jako składnik o bardzo wysokich właściwościach funkcjonalnych. Skład serwatki o obniżonej zawartości laktozy w proszku przedstawia Tabela 6.15. Tabela 6.15. Skład serwatki o obniżonej zawartości laktozy w proszku.

Wapń to jeden z podstawowych minerałów zawartych w mleku. Występuje w nim naturalnie w formie fosforanu wapnia. Produkty zawierające minerały pochodzące z mleka otrzymywane są poprzez wytrącenie fosforanu wapnia z permeatu serwatki, który wytwarzany jest drogą ultrafiltracji w warunkach odpowiedniego stężenia, pH, czasu trwania procesu i temperatury. Produkty przetwarzania serwatki są bogate w wapń. Ponadto, są korzystne pod względem ekonomicznym. Procentową zawartość koncentratu minerałów pochodzących z mleka przedstawia Tabela 6.16. Tabela 6.16. Skład koncentratu minerałów mleka. Składnik

Ilość (%)

Wapń

23-28

Fosfor

13,00-14,00

Stosunek Ca:P

1,7:1-2:1

Minerały razem

76,0-77,5

Składnik

Ilość (%)

Wilgoć

Białko

18,0-24,0

Białko

1,0-8,0

Laktoza

50,0-60,0

Laktoza

1,0-6,0

Tłuszcz

2,5 (max.)

Minerały

14,0-22,0

Wilgoć

3,0-5,0

Serwatka o obniżonej zawartości laktozy stosowana jest w produktach spożywczych, którym nadaje odpowiednią konsystencję, smak, rozpuszczalność i wartości odżywcze. Dzięki niej, produkty te cechują się wysoką rozpuszczalnością i wytrzymałością cieplną. Są ekonomiczne, minimalizują problemy związane z konsystencją spowodowane krystalizacją laktozy, zawierają dużo białek i minerałów. Serwatka o obniżonej zawartości laktozy jest powszechnie stosowana w produktach mlecznych, mięsnych i piekarniczych, słodyczach, przekąskach, zupach, sosach i mrożonych deserach. 94

6.14. Minerały zawarte w mleku

4,0-7,0

Wapń obecny w mleku jest stuprocentowo naturalnym minerałem. Poza nim, w mleku występują również fosfor i magnez. Minerały te wchłaniane są z łatwością przez układ trawienny. Koncentraty minerałów mleka dostępne są w formie tabletek lub kapsułek jako suplement diety. Minerały pochodzące z mleka wykorzystywane są w żywności i napojach wzbogaconych w wapń, zwłaszcza w produktach piekarniczych, słodyczach, produktach mięsnych, sokach owocowych i napojach mlecznych.

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Ilość (%)

Wapń

23-28

Fosfor

13,00-14,00

Stosunek Ca:P

1,7:1-2:1

Minerały razem

76,0-77,5

Składnik

Ilość (%)

Wilgoć

Białko

18,0-24,0

Białko

1,0-8,0

Laktoza

50,0-60,0

Laktoza

1,0-6,0

Tłuszcz

2,5 (max.)

Minerały

14,0-22,0

Wilgoć

3,0-5,0

6.14. Minerały zawarte w mleku

4,0-7,0

Serwatka – aspekty teoretyczne

Bibliografia • Akın. N., 2004. Modern Dairy Products Technology. Konya. ISBN:975-270003-9. S. 357 • Alexander, D.D., Cabana, M.D., 2010. Partially Hydrolyzed 100% Whey Protein Infant Formula and Reduced Risk of Atopic Dermatitis: A Meta-analysis. Hepatology and Nutrition. 50(4):422-430. • Alpkent, Z., Göncü, A., 2003. Utilization of whey and whey proteins in food, cosmetics and medicine. Journal of Food Engineering. 26-30. • Autor anonimowy, 1981. Turkish Standard (TS1018). Raw Milk. Turkish Standards Institution (TSI). Grudzień, 1981. Ankara. • Autor anonimowy, 1995. Turkish Standard (TS 11860). Whey powder. Turkish Standards Institution (TSI). Październik 1995. Ankara. • Autor anonimowy, 2000. Notice for Raw Milk and Heat-Treated Drinking Milk. Turkish Food Codex Regulation. Official Gazette No. 02.14.2000-23964. Notice No.2000/6. • Autor anonimowy, 2012. Data Related to Milk and Milk Production, Turkish Statistical Institute (TSI). Ankara. • Autor anonimowy, 2013. Statistics for Dairy Sector in the World and Turkey, National Dairy Council. Ankara. • Autor anonimowy, 2013. Data Related to Milk and Milk Production, Turkish Statistical Institute (TSI). Ankara. • Autor anonimowy, 2014. Data Related to Milk and Milk Production, Turkish Statistical Institute (TSI). Ankara. • Autor anonimowy, 2012. Report for CIR Expert Panel Review. Safety Assessment of Hydrolyzed Source Proteins as Used in Cosmetics. Grudzień 10-11, 2012. Washington. • Autor anonimowy, 2013. Annual Report, European Dairy Association (EDA). • Autor anonimowy, 2013. Opportunities for the Wisconson Whey Industry. Wisconson Whey Study, Madison. • Anupama, Ravindra, P., 2000. Value-added food: Single cell protein. Biotechnology Advances. 18:459-479. • Avcı, G., 2007. Biological properties of lactoferrin and its relationship with diseases. Afyon Kocatepe University. Journal of Science. 7(1): 23-24. • Beena, A., Prasad, V., 1997. Effect of yogurt and bifidus yogurt fortified with skim milk powder, condensed whey and lactose-hydrolysed condensed whey on serum cholesterol and triacylglycerol levels in rats. Journal of Dairy Research. 64:453-457. 96

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

• Besler H, Ünal S. 2006. Assessment of Street Milk in Ankara In Terms of Some Vitamins and Effect of Boiling Applied At Home Conditions On Vitamins Depending Upon Duration. IV. International Nutrition and Dietetic Congress Proceedings. • Bosco, F., Chiampo, F., 2010. Production of polyhydroxyalcanoates (PHAs) using milk whey and dairy wastewater activated sludge. Production of bioplastics using dairy residues. Journal of Bioscience and Bioengineering. 109(4):418-421. • Cribb, P.J., 2005. U.S. Whey Proteins in Sports Nutrition. Applications Monograph Sports Nutrition, pp. 1-12. Published by U.S. Dairy Export Council. • De Gioannis, G., Friargiu, M., Massi, E., Muntoni, A., Polettini, A., Pomi, R., Spiga, D., 2014. Biohydrogen production from dark fermentation of cheese whey: Influence of pH. International Journal of Hydrogen Energy. 39(36):20930-20941. • De Souzaa, R.R., Bergamascoa, R., da Costab, S.C., Fengc, X., Fariaa, S.H.B., Gimenesa, M.L., 2010. Recovery and purification of lactose from whey. Chemical Engineering and Processing. 49:1137–1143. • Dinçoğlu A.H., Ardıç, M., 2012. Importance of whey in our nutrition and utilization opportunities. Journal of Veterinary School, Harran University. 1(1):54-60. • Foegeding, E.A., Luck, P., Vardhanabhuti, B., 2011. Whey Protein Products in Encyclopedia of Dairy Science, s. 873-878. Second Editon, Academic Press. • Fuquay, J.W., Fox, P.F., McSweeney, P.L.H.,2011. Encyclopedia of Dairy Sciences, Second Editon, Academic Press. • Gelegenis, J., Georgakakis, D., Angelidaki, I., Mavris, V., 2007. Optimization of biogas production by co-digesting whey with diluted poultry manure. Renewable Energy. 32:2147-2160. • Gernigon, G., Schuck, P., Jeantet, R., 2011. Whey Protein Products in Encyclopedia of Dairy Science, s. 738-743. Second Editon, Academic Press. • Ghaly, A.E., Kamal, M., Correia, L.R., 2005. Kinetic modelling of continuous submerged fermentation of cheese whey for single cell protein production. Bioresource Technology. 96:1143-1152. • Guimarães, P.M.R., Teixeira, J.A., Domingues, L., 2010. Fermentation of lactose to bio-ethanol by yeasts as part of integrated solutions for the valorisation of cheese whey. Biotechnology Advances. 28:375–384. • Gür, F., Güzel, M., Öncül, N., Yıldırım, Z., Yıldırım, M., 2010. Biological and Physiological Activities of Milk Serum Proteins and Derivatives. Akademik Gıda. 8 (1):23-31. • Gürsel, A., 2001. Technology for Milk-Based Products. Edition of Agricultural Faculty, Ankara University. s. 133-148. Edition No:1522, Ankara. 97

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Serwatka – aspekty teoretyczne

• Harper, W.J., 2011. Dairy Ingredients in Non-Dairy Foods in Encyclopedia of Dairy Science, pp. 125-134. Second Editon, Academic Press. • Heppell, L.M.J, Cant, A.J., Kilshaw, P.J., 1984. Reduction in the antigenicity of whey proteins by heat treatment: a possible strategy for production a hypoallergenic infant milk formula, British Journal of Nutrition. 51:29-36. • Hui, Y.H., 1993. Dairy Science and Technology Handbook 1 Principles and Properties, Wiley-VHC. New York. P.p. 6-7. • Jelen, P., 2011. Whey Processing- Utilization and Products in Encyclopedia of Dairy Science, pp. 731-737. Second Edition, Academic Press. • Kar, J.R., Hallsworth, J.E., Singhal, R.S., 2015. Fermentative production of glycine betaine and trehalose from acid whey using Actinopolyspora halophila. Environmental Technology and Innovation. 3:68-76. • Kavacık, B., Topaloglu B., 2010. Biogas production from co-digestion of a mixture of cheese whey and dairy manure. Biomass and Bioenergy. 34:1321-1329. • Koller, M., Sandholzer, D., Salerno, A., Braunegg, G., Narodoslawsky, M., 2013. Biopolymer from industrial residues: Life cycle assessment of poly (hydroxyalkanoates) from whey. 73:64-71. • Kosikowski, F.V., i V.V. Mistry. 1997. Cheese and Fermented Milk Products. 3rd. Ed., Vol. II, s. 77-78. F.V. Kosikowski, LLC, Westport, CT. • Kosikowski, F.V., i V.V. Mistry. 1997. Cheese and Fermented Milk Products. 3rd. Ed., Vol. II, s. 153-155. F.V. Kosikowski, LLC, Westport, CT. • Koutinas, A.A., Papapostolou, H., Dimitrellou, D., Kopsahelis, N., Katechaki, E., Bekatorou, A., Bosnea, L.A., 2009. Whey valorisation: A complete and novel technology development for dairy industry starter culture production. Bioresource Technology. 100:3734–3739. • Koutinas, M., Menelaou, M., Nicolaou, E.N., 2014. Development of a hybrid fermentation–enzymatic bioprocess for the production of ethyl lactate from dairy waste. Bioresource Technology. 165:343–349. • Küçüköner, E., 2011. Production of cheese powder and whey powder. 1. National Halal and Healthy Food Congress. Food Additives. 80-85. • Lagrange, V., Whitsett, D., Burris, C., 2015. Global Market for Dairy Proteins. Journal of Food Science. 80:A16-A22. • Lucena, M.E., Alvarez, S., Menendez, C., Riera, F.A., Alvarez, R., 2006. Betalactoglobulin removal from whey protein concentrates Production of milk derivatives as a base for infant formulas. Separation and Purification Technology. 52:310-316.

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

• Madenci, A.B., Bilgiçli, N., 2014. Effect of whey protein concentrate and buttermilk powders on rheological properties of dough and bread quality. Journal of Food Quality. 37:117-124. • Marshall, K., 2004. Therapeutic Applications of Whey Protein. Alternative Medicine Review. 9(2):136-156. • McIntosh, G.H., Royle, P.J., Le Leu, R.K., Regester, G.O., Johnson, M.A., Grinsted, R.L., Kenward R.S. and Smithers, G.W., 1998. Whey Proteins as Functional Food Ingredients. International Dairy Journal. 8:425-434. • Mete, H., 2012. Utilization of whey in bread-making and its economic importance. Journal of Social Sciences, Tekirdağ Chamber of S.M.M.M. 1:1-10. • Panesar, P.S., Kennedy, J.F., Gandhi, D.N., Bunko, K., 2007. Bioutilisation of whey for lactic acid production. Food Chemistry. 105:1–14. • Paraskevopoulou, A., Athanasiadis, I., Kanellaki, M., Bekatorou, A., Blekas, G., Kiosseoglou, V., 2003. Functional properties of single cell protein produced by kefir microflora. Food Research International. 36:431-438. • Pescuma M., Hébert E.M., Mozzi F., de Valdez G.F., 2010. Functional fermented whey-based beverage using lactic acid bacteria. International Journal of Food Microbiology. 141:73-81. • Prazeres, A.R., Carvalho, F., Rivas J., 2012. Cheese whey management: A review. Journal of Environmental Management. 110:48-68. • Prazeres, A.R., Carvalho, F., Rivas, J., 2012. Cheese whey management: A review. Journal of Environmental Management. 110:48-68. • Riemsdijk, V.L.E., Van Der Goot, A.J., Hamer, R.J., 2011. The use of whey protein particles in gluten-free bread production, the effect of particle stability. Food Hydrocolloids. 25:1744-1750. • Schingoethe, D.J., 1976. Whey utilization in animal feeding: a summary and evaluation.Journal of Dairy Science. 59: 556-570. • Serdaroglu, M., 2006. Improving low fat meatball characteristics by adding whey powder. Meat Science. 72:155-163. • Siso, M.I.G., 1996. The biotechnological utilization of cheese whey: a review. Bioresource Technology. 57:1-11. • Sliwa, K., Sikora, E., Ogonowski, J., 2011. Application of waste whey in Shampoos. Technical Transactions Chemistry. 108(8):1-7. • Sharma, S., Luzinov, I., 2013. Whey based binary bioplastics. Journal of Food Engineering. 119:404-410. • Smithers, G.W., 2008. Whey and whey proteins-From ‘gutter-to-gold’. International Dairy Journal. 18:695– 704. 99

Serwatka – aspekty teoretyczne

6. Dostępne na rynku produkty otrzymywane z serwatki: definicja, skład i funkcje

Serwatka – aspekty teoretyczne

• Tarakçı, Z., Küçüköner, E., 2005. Lactose, lactose derivatives and usage in food industry. Gıda. 30(4):261-267. • Tunick, M.H., 2008. Whey protein production and utilization in “Whey Processing, Functionality and Health Benefits”. Editors; Onwulata, C.I. & Huth, P.J., Blackwell Publishing, Iowa, USA, 1-3 pp. • Ünal, N.R., Besler, H.T., 2008. Importance of Milk in Nutrition. Ministry of Health, Edition No: 727. Klasmat Matbaacılık. Ankara. • Vasey, C., 2006. Whey Prescription- The Healing Miracle in Milk, Healing Art Press, Vermont, 1-4 p.p. • Yerlikaya, O., Kınık, Ö., Akbulut, N., 2010. Functional Properties of whey and new generation dairy products produced using whey. Gıda. 35(4):289-296. • Yetim, H., Müller, W.D., Eder, M., 2001. Using fluid whey in comminuted meat products: effects on technological, chemical and sensory properties of frankfurter-type sausages. Food Research International. 34:97-101. • Yılmaz, B., ve Tosun, H., 2012. Natural antimicrobial systems in milk and usage of them in food industry. C.B.U. Journal of Science. 8(1):11-20. • http://nzic.org.nz/ChemProcesses/dairy • http://sut.uludag.edu.tr/makaleler/sutun_bilesimi.pdf

100

2. Przedsiębiorczość,

nowe możliwości biznesowe i strategie marketingowe dla produktów otrzymywanych z serwatki Autorzy: Wioletta Czernatowicz**, Maciej Dymacz**, Halis Kalmış*, Hilal Çelik*

ISBN 978-605-9190-55-8

Serwatka – aspekty teoretyczne

Serwatka ASPEKTY TEORETYCZNE