Izolat białka serwatkowego jest szeroko stosowany w napojach gotowych do spożycia, ponieważ zapewnia wysoką gęstość białka przy stosunkowo niskiej zawartości laktozy i tłuszczu. Jednak specyfikacja WPI90 nie oznacza automatycznie, że składnik pozostanie stabilny podczas pasteryzacji, obróbki UHT lub długotrwałego przechowywania.
Stabilność cieplna zależy od całego systemu napoju: stężenia białka, pH, równowagi mineralnej, historii składników, nawodnienia, homogenizacji i obciążenia cieplnego.
Dla twórców produktów istotne jest nie tylko pytanie, czy białko serwatkowe rozpuszcza się, ale także, czy białko pozostaje fizycznie i sensorycznie akceptowalne po zamierzonym procesie produkcyjnym i okresie przydatności do spożycia.
Stabilność cieplna to coś więcej niż początkowa rozpuszczalność
Rozpuszczalność opisuje, ile białka pozostaje rozpuszczone lub rozproszone w określonych warunkach. Stabilność cieplna opisuje, co dzieje się po wystawieniu białek na działanie temperatury.
Podczas podgrzewania białka serwatkowe mogą się rozwijać i wchodzić ze sobą w interakcje. W zależności od receptury może to prowadzić do powstawania większych agregatów, wzrostu lepkości, zmętnienia, sedymentacji, żelowania lub zanieczyszczania wnętrza urządzeń przetwórczych.
Proszek może dobrze rozpraszać się podczas przygotowywania w laboratorium, ale nadal być niestabilny podczas sterylizacji komercyjnej. Dlatego wyniki rozpuszczalności w temperaturze pokojowej nie mogą zastąpić prób przetwarzania.
Stężenie białka i pH zmieniają reakcję
Badanie pilotażowe przetestowało roztwory WPI zawierające1%, 4%, 8% lub 12% białkaprzy pH6.2, 6.7 lub 7.2Roztwory podgrzewano wstępnie w temperaturze85°C przez 30 sekundprzed dalszą oceną.
W systemach przygotowanych przy pH 6,2 denaturacja była bardziej rozległa, powstawały większe agregaty nierozpuszczalne, cząsteczki były większe, a mętność wyższa niż w porównywalnych systemach przygotowanych przy pH 6,7 lub 7,2. Przy stężeniu WPI wynoszącym 12% i pH 6,2 formulacja utworzyła żel.
To pokazuje, dlaczego nie należy opierać oceny napoju o zawartości białka 3% na przewidywaniu stabilności preparatu o zawartości białka 8% lub 12%.
Zakwaszone napoje klarowne działają w innych warunkach. Wytyczne Amerykańskiej Rady Eksportu Produktów Mlecznych (US Dairy Export Council) opisują wiele zakwaszonych napojów WPI w zakresie pH około 2,8–4,0. Produkty o niskiej mętności często powstają w dolnych granicach tego zakresu, podczas gdy napoje bliższe izoelektrycznemu zakresowi białka mogą wymagać dodatkowej stabilizacji.
Dlatego też neutralne koktajle i klarowne kwaśne napoje należy traktować jako oddzielne platformy rozwojowe.
Metoda ogrzewania ma takie samo znaczenie jak temperatura szczytowa
Przetwarzania komercyjnego nie można opisać wyłącznie za pomocą temperatury. Czas obróbki, szybkość nagrzewania, podgrzewanie wstępne oraz bezpośredni lub pośredni transfer energii mogą zmieniać wynik końcowy.
W jednym z badań przetworzono napoje WPI zawierające4%, 6% lub 8% białkapoprzez bezpośrednie i pośrednie ogrzewanie do temperatur końcowych121°C lub 135°C.
W wyniku bezpośredniego ogrzewania uzyskano poziom denaturacji białka serwatkowego66%–94%, w porównaniu z95%–99%po ogrzewaniu pośrednim. W testowanych warunkach, ogrzewanie bezpośrednie skutkowało również niższą lepkością i mniej rozległymi zmianami w profilu lotnych substancji.
Nie oznacza to, że bezpośrednie ogrzewanie zawsze zapobiega niestabilności. Pokazuje to, że dwa zakłady wykorzystujące ten sam WPI i podobne temperatury szczytowe mogą nadal wytwarzać napoje o różnych właściwościach fizycznych i sensorycznych.
Nowsze badania eksplorują kontrolowaną modyfikację białek
Badanie przeprowadzone w 2026 r. miało na celu sprawdzenie, czy białko serwatkowe można celowo modyfikować przed ostatecznym przetwarzaniem napoju.
Zakwaszony WPI o pH 3,5 ogrzewano w temperaturze90°C przez 10 minutpodczas mieszania w10 000 obr./minW wyniku tego procesu powstały małe agregaty białka serwatkowego o wielkości ok.61 nmNastępnie zmodyfikowane białko przetestowano w napojach zawierających8% lub 10% całkowitego białka, o różnym stosunku kazeiny do białka serwatkowego.
W systemie z 10% zawartością białka i stosunkiem kazeiny do serwatki 50:50 czas koagulacji cieplnej wydłużył się z0,8 minuty z nieobrobionym białkiem serwatkowym H2 do 2 minut z białkiem modyfikowanym.
W badaniu wykorzystano mieszane układy kazeinowo-serwatkowe zamiast czystego klarownego napoju WPI. Dlatego jego wyników nie należy uogólniać na każdą recepturę RTD. Niemniej jednak dowodzą one, że struktura białka i kontrolowana obróbka wstępna mogą być równie ważne, jak procentowa zawartość białka podana w specyfikacji.
Nie można ignorować nawodnienia, minerałów i kolejności składników
Problemy z przetwarzaniem mogą pojawić się jeszcze przed dotarciem napoju do wymiennika ciepła.
W jednym zakwaszonym układzie modelowym zawierającym25 g/l białka przy pH 3,2, napój został podgrzany do88°C przez dwie minuty. Natychmiastowe ogrzewanie spowodowało zmętnienie po procesie79 NTU.
Pozostawienie WPI do nawodnienia na 10 minut zmniejszyło zmętnienie do39 NTU, podczas gdy wyprodukowano 20 minut38 NTUDłuższe nawadnianie nie spowodowało dodatkowej, znaczącej redukcji w tym konkretnym układzie.
Skład mineralny również ma znaczenie. Jony wapnia, sodu i inne wpływają na oddziaływania elektrostatyczne i agregację białek. Składniki WPI wytwarzane w różnych procesach filtracji, klarowania lub wymiany jonowej mogą zatem zachowywać się inaczej, nawet jeśli ich całkowita zawartość białka jest podobna.
Badanie z 2024 r. wykazało eksperymentalny WPI zawierający około91% białkapo redukcji minerałów, resztkowych lipidów i frakcji zdenaturowanych. Otrzymane składniki charakteryzowały się niską mętnością i stabilnością cieplną porównywalną z komercyjnym mikrofiltrowanym WPI.
Kwasy i sole mineralne należy również dodawać w kontrolowanej kolejności. Lokalne zmiany pH lub siły jonowej mogą zainicjować agregację, której później nie da się skorygować.
Co powinni testować twórcy produktów
Przed zatwierdzeniem białka serwatkowego do napoju gotowego do spożycia (RTD) ocena techniczna powinna obejmować:
● zawartość białka i podstawa raportowania;
● wilgoci, tłuszczu, laktozy i popiołu;
● poziom wapnia, sodu i odpowiednich minerałów;
● pH składnika, zwilżalność i dyspergowalność;
● mętność, wielkość cząstek i profil sensoryczny;
● proces produkcyjny i poprzednia ekspozycja na ciepło;
● specyfikacje mikrobiologiczne;
● spójność między partiami.
W testach pilotażowych należy odtworzyć planowane źródło wody, stężenie białka, czas nawadniania, kolejność składników, warunki homogenizacji, proces obróbki termicznej, pakowanie i temperaturę przechowywania.
Nazwa składnika nie przewiduje stabilności gotowego produktu
Stabilność cieplna białka serwatkowego jest cechą całego procesu formulacji i produkcji. Nie można jej przewidzieć na podstawie samego „WPI90”.
Stężenie białka, pH, minerały, nawodnienie, struktura białka i historia termiczna mają wpływ na to, czy napój RTD pozostanie gładki i stabilny, czy też pojawi się w nim osad, zmętnienie, zanieczyszczenie i nadmierna lepkość.
W SRS Nutrition Express skład składników, dokumentacja dostawcy i przydatność do zastosowania są traktowane jako oddzielne etapy oceny. Specyfikacja określa zawartość surowca. Testy specyficzne dla produktu określają, czy będzie on spójny w docelowym napoju i procesie.
Odniesienia
1. Buggy AK, McManus JJ, Brodkorb A, Hogan SA, Fenelon MA.Badania pilotażowe nad formowaniem agregatów białka serwatkowego określają stabilność roztworów białka serwatkowego poddanych obróbce cieplnej — wpływ pH i stężenia białka. Czasopismo nauk mleczarskich.2018;101(12):10819–10830. doi:10.3168/jds.2017-14177.
2. Kelleher CM, O'Mahony JA, Kelly AL, O'Callaghan DJ, Kilcawley KN, McCarthy NA.Wpływ bezpośredniej i pośredniej obróbki cieplnej na właściwości napojów białkowych z serwatki. Międzynarodowe czasopismo mleczarskie.2018;85:144–152. doi:10.1016/j.idairyj.2018.05.011.
3. Singh R, Rathod G, Meletharayil GH, Kapoor R, Sankarlal VM, Amamcharla JK.Recenzja na zaproszenie: Długotrwałe napoje mleczne z zawartością białka – aspekty naukowe i technologiczne. Czasopismo nauk mleczarskich.2022;105(12):9327–9346. doi:10.3168/jds.2022-22208.
4. Prabhakaran GYS, Molitor M, Govindasamy-Lucey S, Lucey JA.Stabilny termicznie izolat białka serwatkowego uzyskany metodą wytrącania izoelektrycznego i klarowania. Czasopismo nauk mleczarskich.2024;107(9):6629–6642. doi:10.3168/jds.2024-24671.
5. Roy S, Amamcharla JK.Zwiększenie stabilności termicznej napojów o wysokiej zawartości białka poprzez modyfikację białek serwatkowych za pomocą obróbki termicznej. Czasopismo nauk mleczarskich.2026;109(5):4915–4926. doi:10.3168/jds.2025-27874.
6. Rada Eksportu Produktów Mleczarskich USA.Amerykańskie białka mleczne i permeaty w napojach gotowych do spożycia.Monografia aplikacyjna
Czas publikacji: 31-07-2026
