Molkenproteinisolat wird aufgrund seiner hohen Proteindichte bei relativ geringem Laktose- und Fettgehalt häufig in trinkfertigen Getränken verwendet. Eine WPI90-Spezifikation garantiert jedoch nicht automatisch die Stabilität des Inhaltsstoffs während der Pasteurisierung, der UHT-Behandlung oder der Langzeitlagerung.
Die Hitzestabilität wird durch das gesamte Getränkesystem bestimmt: Proteinkonzentration, pH-Wert, Mineralstoffbilanz, Zutatenhistorie, Hydratation, Homogenisierung und thermische Belastung.
Für Produktentwickler ist nicht einfach die Frage entscheidend, ob sich ein Molkenprotein auflöst. Vielmehr geht es darum, ob das Protein nach dem vorgesehenen Herstellungsprozess und der Haltbarkeitsdauer physikalisch und sensorisch akzeptabel bleibt.
Hitzestabilität ist mehr als die anfängliche Löslichkeit.
Die Löslichkeit beschreibt, wie viel Protein unter definierten Bedingungen gelöst oder dispergiert bleibt. Die Hitzestabilität beschreibt, was mit den Proteinen nach Einwirkung von Temperatur geschieht.
Beim Erhitzen können sich Molkenproteine entfalten und miteinander reagieren. Je nach Zusammensetzung kann dies zu größeren Aggregaten, erhöhter Viskosität, Trübung, Sedimentation, Gelierung oder Ablagerungen in den Verarbeitungsanlagen führen.
Ein Pulver kann sich bei der Laborpräparation gut dispergieren lassen und dennoch bei der Sterilisation im industriellen Maßstab instabil werden. Löslichkeitsversuche bei Raumtemperatur können daher die Ergebnisse von Verarbeitungsversuchen nicht ersetzen.
Proteinkonzentration und pH-Wert verändern die Reaktion
In einer Pilotstudie wurden WPI-Lösungen getestet, die Folgendes enthielten1 %, 4 %, 8 % oder 12 % Proteinbei pH6,2, 6,7 oder 7,2Die Lösungen wurden vorgewärmt bei85 °C für 30 Sekundenvor weiterer Beurteilung.
Systeme, die bei pH 6,2 hergestellt wurden, zeigten eine stärkere Denaturierung, größere unlösliche Aggregate, eine größere Partikelgröße und eine höhere Trübung als vergleichbare Systeme, die bei pH 6,7 oder 7,2 hergestellt wurden. Bei 12 % WPI und pH 6,2 bildete die Formulierung ein Gel.
Dies zeigt, warum die Leistung eines Getränks mit 3 % Protein nicht zur Vorhersage der Stabilität einer Rezeptur mit 8 % oder 12 % Protein herangezogen werden sollte.
Klare, angesäuerte Getränke unterliegen anderen Bedingungen. Die Richtlinien des US Dairy Export Council beschreiben viele angesäuerte Molkenproteinisolatgetränke mit einem pH-Wert von etwa 2,8–4,0. Produkte mit geringer Trübung werden häufig im unteren Bereich dieses Spektrums entwickelt, während Getränke, die näher am isoelektrischen Punkt des Proteins liegen, möglicherweise eine zusätzliche Stabilisierung erfordern.
Neutrale Shakes und klare saure Getränke sollten daher als separate Entwicklungsplattformen betrachtet werden.
Die Heizmethode ist genauso wichtig wie die Spitzentemperatur.
Die kommerzielle Verarbeitung lässt sich nicht allein durch die Temperatur beschreiben. Haltezeit, Aufheizrate, Vorwärmen und direkter versus indirekter Energietransfer können das Endergebnis beeinflussen.
In einer Studie wurden WPI-Getränke verarbeitet, die4 %, 6 % oder 8 % Proteindurch direkte und indirekte Erwärmung auf Endtemperaturen von121 °C oder 135 °C.
Durch direktes Erhitzen wurden Denaturierungswerte des Molkenproteins von66 %–94 %im Vergleich zu95 %–99 %nach indirekter Erwärmung. Unter den getesteten Bedingungen führte auch die direkte Erwärmung zu einer geringeren Viskosität und weniger ausgeprägten Veränderungen des Aromaprofils.
Dies bedeutet nicht, dass direktes Erhitzen Instabilität immer verhindert. Es zeigt vielmehr, dass zwei Anlagen, die denselben WPI und ähnliche Spitzentemperaturen verwenden, dennoch Getränke mit unterschiedlichen physikalischen und sensorischen Eigenschaften herstellen können.
Neuere Forschungen untersuchen die kontrollierte Proteinmodifikation.
Eine Studie aus dem Jahr 2026 untersuchte, ob Molkenprotein vor der endgültigen Getränkeverarbeitung gezielt modifiziert werden kann.
Angesäuertes WPI bei pH 3,5 wurde erhitzt bei90 °C für 10 Minutenwährend des Mischens bei10.000 U/minBei diesem Verfahren entstanden kleine Molkenproteinaggregate von etwa61 nmDas modifizierte Protein wurde anschließend in Getränken getestet, die Folgendes enthielten:8 % oder 10 % Gesamtprotein, mit unterschiedlichen Casein-Molkenprotein-Verhältnissen.
Im 10%igen Proteinsystem mit einem Casein-Molke-Verhältnis von 50:50 erhöhte sich die Hitzekoagulationszeit von0,8 Minuten mit unbehandeltem H2:Molkenprotein bis 2 Minuten mit dem modifizierten Protein.
Die Studie verwendete gemischte Casein-Molke-Systeme anstelle eines reinen klaren Molkenproteinisolat-Getränks. Ihre Ergebnisse sollten daher nicht auf jede trinkfertige Fertiggetränkeformulierung verallgemeinert werden. Sie zeigt jedoch, dass die Proteinstruktur und eine kontrollierte Vorbehandlung ebenso wichtig sein können wie der in der Spezifikation angegebene Proteingehalt.
Flüssigkeitszufuhr, Mineralien und die Reihenfolge der Inhaltsstoffe dürfen nicht ignoriert werden.
Verarbeitungsprobleme können bereits auftreten, bevor das Getränk den Wärmetauscher erreicht.
In einem angesäuerten Modellsystem, das25 g/L Protein bei pH 3,2Das Getränk wurde erhitzt bei88 °C für zwei MinutenDie sofortige Erhitzung führte zu einer Trübung nach dem Prozess.79 NTU.
Durch das 10-minütige Einweichen des Molkeproteinisolats (WPI) verringerte sich die Trübung auf39 NTU, während 20 Minuten produziert wurden38 NTUEine längere Hydratation führte in diesem speziellen System nicht zu einer wesentlichen zusätzlichen Reduktion.
Die Mineralstoffzusammensetzung spielt ebenfalls eine Rolle. Kalzium, Natrium und andere Ionen beeinflussen elektrostatische Wechselwirkungen und die Proteinaggregation. Molkenproteinisolat-Zutaten, die durch unterschiedliche Filtrations-, Klärungs- oder Ionenaustauschverfahren hergestellt werden, können sich daher unterschiedlich verhalten, selbst wenn ihr Gesamtproteingehalt ähnlich ist.
Eine Studie aus dem Jahr 2024 produzierte experimentelles WPI mit einem Gehalt von etwa91 % ProteinNach der Entfernung von Mineralien, Restlipiden und denaturierten Fraktionen wiesen die resultierenden Inhaltsstoffe eine geringe Trübung und eine mit handelsüblichem mikrofiltriertem Molkenproteinisolat vergleichbare Hitzestabilität auf.
Säuren und Mineralsalze sollten ebenfalls in kontrollierter Reihenfolge zugegeben werden. Lokale pH-Wert- oder Ionenstärkeänderungen können eine Aggregation auslösen, die im weiteren Verlauf des Prozesses möglicherweise nicht mehr korrigiert werden kann.
Was Produktentwickler testen sollten
Vor der Zulassung eines Molkenproteins für ein trinkfertiges Getränk sollte die technische Bewertung Folgendes umfassen:
● Proteingehalt und Berichtsgrundlage;
● Feuchtigkeit, Fett, Laktose und Asche;
● Kalzium-, Natrium- und relevante Mineralstoffwerte;
● pH-Wert, Benetzbarkeit und Dispergierbarkeit der Inhaltsstoffe;
● Trübung, Partikelgröße und sensorisches Profil;
● Herstellungsprozess und vorherige Wärmeeinwirkung;
● mikrobiologische Spezifikationen;
● Chargenübergreifende Konsistenz.
Bei den Pilotversuchen sollten die vorgesehene Wasserquelle, die Proteinkonzentration, die Hydratationszeit, die Reihenfolge der Zutaten, die Homogenisierungsbedingungen, der thermische Prozess, die Verpackung und die Lagertemperatur reproduziert werden.
Die Bezeichnung der Zutat lässt keine Rückschlüsse auf die Stabilität des Endprodukts zu.
Die Hitzestabilität von Molkenprotein ist eine Eigenschaft der gesamten Rezeptur und des Herstellungsprozesses. Sie lässt sich nicht allein anhand des „WPI90“-Wertes vorhersagen.
Proteinkonzentration, pH-Wert, Mineralien, Hydratation, Proteinstruktur und thermische Vorgeschichte beeinflussen allesamt, ob ein trinkfertiges Getränk glatt und stabil bleibt oder ob sich Ablagerungen, Trübungen, Verunreinigungen und übermäßige Viskosität entwickeln.
Bei SRS Nutrition Express werden die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, die Dokumentation der Lieferanten und die Eignung für die jeweilige Anwendung als separate Bewertungsebenen behandelt. Eine Spezifikation legt fest, welche Rohstoffe enthalten sind. Produktspezifische Tests ermitteln, ob die Rohstoffe im vorgesehenen Getränk und Verarbeitungsprozess eine gleichbleibende Leistung erbringen.
Referenzen
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6. US-amerikanischer Milchexportrat.US-Milchproteine und Permeate in trinkfertigen Getränken.Anwendungsmonographie
Veröffentlichungsdatum: 31. Juli 2026
