MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

PETRA NOVOTNÁ

BRNO 2011 1

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin

Syrovátka a její vyuţití v potravinářském průmyslu Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing. Táňa Lužová

Vypracovala: Petra Novotná

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Syrovátka a její vyuţití v potravinářském průmyslu vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

dne: ………………………………... podpis: ……………………………..

PODĚKOVÁNÍ Chtěla bych poděkovat slečně Ing. Táni Lužové za odborné vedení, cenné rady a připomínky, které mi poskytovala v průběhu vypracování bakalářské práce a také za její trpělivost.

ABSTRAKT Syrovátka nachází široké uplatnění zejména v potravinářském průmyslu. Tato bakalářská práce se zabývá využitím syrovátky a jejich složek v potravinářství, ale i ostatních průmyslových oblastech jako je farmaceutický průmysl, kosmetický průmysl a krmivářství. První polovina práce je věnována chemickému složení syrovátky a základním technologickým operacím při jejím zpracováním. Ve druhé části jsou stručně popsány možnosti zužitkování syrovátky a syrovátkových produktů při výrobě potravin, krmiv, léčiv a kosmetických výrobků. Klíčová slova: sladká syrovátka, kyselá syrovátka, syrovátkové bílkoviny, laktóza

ABSTRAKT Whey is widely used especially in the food industry. This bachelor work deals with the use of whey and its components in the food, but also other industries such as pharmaceuticals, cosmetics and feed industries. The first half of the work is devoted to the chemical composition of whey and basic technological operations during processing. The second section briefly describes the options for utilization of whey and whey products in food, feed, pharmaceuticals and cosmetics.

Keywords: sweet whey, acid whey, whey proteins, lactose

OBSAH 1 ÚVOD ............................................................................................................................ 8 2 CÍL PRÁCE.................................................................................................................. 9 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED .......................................................................................... 10 3.1 Typy syrovátky a její sloţení ........................................................................... 10 3.1.1 Mléčný cukr................................................................................................. 10 3.1.2 Bílkoviny syrovátky .................................................................................... 11 3.1.2.1 Beta-laktoglobulin ................................................................................ 11 3.1.2.2 Alfa-laktalbumin .................................................................................. 12 3.1.2.3 Sérový albumin .................................................................................... 12 3.1.2.4 Imunoglobuliny .................................................................................... 12 3.1.2.5 Minoritní bílkoviny .............................................................................. 12 3.1.3 Dusíkaté látky nebílkovinné povahy ........................................................... 13 3.1.4 Tuk .............................................................................................................. 13 3.1.5 Kyseliny ...................................................................................................... 13 3.1.6 Popeloviny................................................................................................... 13 3.1.7 Vitamíny ...................................................................................................... 13 3.2 Zpracování syrovátky ...................................................................................... 15 3.2.1 Úprava syrovátky před zpracováním........................................................... 15 3.2.2 Zahušťování a sušení syrovátky .................................................................. 16 3.2.2.1 Zahušťování odpařováním ................................................................... 16 3.2.2.2 Krystalizace laktózy ............................................................................. 16 3.2.2.3 Demineralizace ..................................................................................... 17 3.2.2.4 Sušení ................................................................................................... 18 3.2.3 Tepelná denaturace bílkovin ....................................................................... 18 3.2.4 Fermentace syrovátky a permeátu ............................................................... 19 3.2.4.1 Produkce biomasy ................................................................................ 19 3.2.4.2 Produkce etanolu .................................................................................. 20 3.2.4.3 Produkce bioplynu................................................................................ 20 3.2.4.4 Výroba organických kyselin................................................................. 20 3.2.4.5 Výroba enzymů .................................................................................... 21 3.2.4.6 Výroba polysacharidů .......................................................................... 22 3.2.4.7 Výroba fermentovaných nápojů ........................................................... 22 3.3 Moderní separační metody .............................................................................. 23 3.3.1 Membránové procesy .................................................................................. 23 3.3.2 Elektrodialýza.............................................................................................. 24 3.3.3 Chromatografické postupy .......................................................................... 25 3.3.3.1 Iontoměničová chromatografie ............................................................ 25 3.3.3.2 Gelová chromatografie ......................................................................... 26 3.3.3.3 Afinitní chromatografie ........................................................................ 26 3.3.4 Postupy úpravy bílkovinného koncentrátu .................................................. 26 3.3.4.1 Mikropartikulace (MP) ......................................................................... 26 3.3.4.2 Texturizace syrovátkových bílkovin .................................................... 27 3.3.4.3 Příprava gelů ........................................................................................ 27 3.3.4.4 Enzymové modifikace .......................................................................... 28

3.4 Syrovátkové produkty ..................................................................................... 29 3.4.1 Sušená syrovátka ......................................................................................... 29 3.4.2 Demineralizovaná syrovátka ....................................................................... 30 3.4.3 Deproteinovaná syrovátka ........................................................................... 30 3.4.4 Laktóza a produkty z laktózy ...................................................................... 30 3.4.4.1 Glukózo-galaktózový sirup .................................................................. 31 3.4.4.2 Laktulóza .............................................................................................. 31 3.4.4.3 Laktitol ................................................................................................. 31 3.4.4.4 LBA – lactobionic acid ........................................................................ 31 3.4.4.5 Tagatóza ............................................................................................... 31 3.4.4.6 Galaktooligosacharidy (GOS) .............................................................. 32 3.4.5 Tepelně denaturovaná bílkovina (laktalbumin)........................................... 32 3.4.6 Koncentrát a izolát syrovátkových bílkovin................................................ 32 3.4.7 Syrovátkový tuk .......................................................................................... 33 3.5 Vyuţití syrovátky a syrovátkových produktů při výrobě potravin ............. 34 3.5.1 Výroba sýrů ................................................................................................. 34 3.5.1.1 Ricotta .................................................................................................. 35 3.5.1.2 Mysost .................................................................................................. 35 3.5.1.3 Technologické pokroky ve výrobě syrovátkových sýrů ...................... 36 3.5.2 Výroba nápojů ............................................................................................. 36 3.5.2.1 Sortiment syrovátkových nápojů na trhu ............................................. 37 3.5.3 Využití syrovátky v mlékárenském průmyslu ............................................. 38 3.5.3.1 Aplikace syrovátky do mléka a mléčných nápojů ................................ 38 3.5.3.2 Aplikace složek syrovátky do mražených krémů ................................. 39 3.5.3.3 Aplikace složek syrovátky do jogurtů .................................................. 39 3.5.4 Využití syrovátky v pekařském průmyslu ................................................... 40 3.5.4.1 Výhody aplikace složek syrovátky v pekárenské výrobě..................... 40 3.5.4.2 Náhrada vajec v pekařských výrobcích ................................................ 41 3.5.5 Aplikace složek syrovátky do cereálních snacků ........................................ 41 3.5.6 Využití syrovátky v masném průmyslu ....................................................... 42 3.5.6.1 Analogy masa ....................................................................................... 43 3.5.7 Využití syrovátky ve výživě kojenců .......................................................... 43 3.5.8 Fólie ze syrovátky ....................................................................................... 45 3.6 Vyuţití syrovátky ke krmným účelům ........................................................... 46 3.7 Vyuţití syrovátky ve farmaceutickém průmyslu........................................... 47 3.7.1 Význam syrovátkových bílkovin ve farmacii ............................................. 47 3.7.1.1 Imunitní systém a chronické choroby .................................................. 47 3.7.1.2 Kardiovaskulární choroby .................................................................... 48 3.7.1.3 Gastrointestinální trakt ......................................................................... 48 3.7.1.4 Protirakovinné účinky .......................................................................... 48 3.7.2 Význam laktózy ve farmacii ....................................................................... 48 3.8 Vyuţití syrovátky v kosmetickém průmyslu .................................................. 50 4 ZÁVĚR ....................................................................................................................... 51 5 LITERATURA ........................................................................................................... 52 6 SEZNAM ZKRATEK ............................................................................................... 58

1 ÚVOD Syrovátka byla náhodně objevena už 6 000 let před n. l., kdy se samovolně oddělila ze zkyslého kravského mléka. Již Hippokrates ve 4. století před n. l. pronesl motto: „Dovolte potravinám, aby se staly vaším lékem“, a ocenil posilující účinky syrovátky. Také staří sýraři u sýrařské vany říkávali: „Jedna sklenice syrovátky denně a nepotřebuješ doktora a ještě zkrásníš“. Syrovátka obsahuje asi 50 % sušiny mléka a dá se říct, že je to ta lepší polovina mléka po té, co se oddělí tuk a kaseinové bílkoviny. V mlékárenské velkovýrobě však byla dlouho pouhým odpadem a bez užitku se likvidovala, nebo se používala jako součást krmiv pro hospodářská zvířata. Později se začala využívat i v lidské výživě. S rostoucí výrobou sýrů, včetně tvarohů a kaseinů, rostla a stále roste i výroba syrovátky. Enviromentální znepokojení související s vysokou biochemickou spotřebou kyslíku a také snaha o maximální efektivnost výroby přinutily mlékárenské odborníky a vědce hledat nové technologie pro zpracování syrovátky a nalézt nová uplatnění pro vznikající produkty. Vývoj membránových procesů výrazně přispěl k využití jednotlivých složek ze syrovátky. V současné době nachází syrovátka uplatnění prakticky ve všech odvětvích potravinářského průmyslu. Z cenových důvodů stále více nahrazuje sušené odstředěné mléko, a to zejména ve východních zemích, kde postrádají živočišné bílkoviny. Syrovátkové bílkoviny jsou dnes vysoce oceňovány pro vysokou nutriční hodnotu a všestranné funkční vlastnosti u řady potravinových výrobků. Laktóza, tvořící hlavní součást sušiny syrovátky, se uplatňuje v kojenecké výživě, cukrovinkách a pekařských výrobcích, nebo jako tabletovací prostředek ve farmacii či složka fermentačních médií. Na významu také nabývají deriváty laktózy (laktulóza, galaktooligosacharidy), které se používají v moderních potravinách a farmaceutických výrobcích jako prebiotika pro zlepšení zdraví a střevní mikroflóry. Jednotlivé složky syrovátky se využívají především v potravinářském průmyslu a krmivářství, ale také ve farmaceutickém průmyslu, kosmetickém průmyslu a v dalších průmyslových odvětvích. V této souvislosti je dobré si uvědomit, jak významným zdrojem a cennou surovinou syrovátka je.

8

2 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je shromáždění a utřídění poznatků z dostupných literárních pramenů týkající se syrovátky a jejího využití v potravinářském průmyslu a ostatních odvětvích průmyslu.

9

3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Typy syrovátky a její sloţení Syrovátka vzniká při výrobě sýrů, tvarohu a kaseinu z mléka. Typ syrovátky závisí na způsobu srážení bílkovin mléka a podle toho v praxi rozlišujeme sladkou, kyselou a kaseinovou syrovátku. Sladkou syrovátku získáme srážením kaseinových bílkovin enzymovým syřidlem při výrobě sýrů. Kyselá syrovátka vzniká při výrobě čerstvých sýrů a tvarohu, kdy se kaseinové bílkoviny mléka vysráží kyselinou mléčnou, produkovanou bakteriemi mléčného kysání. Srážením kaseinových bílkovin pomocí minerálních kyselin při výrobě kaseinátů pak odpadá jako vedlejší produkt kaseinová syrovátka (KLEIBEUKER, 2006). Syrovátka obsahuje 5,5 – 6,5 % sušiny, což představuje asi polovinu sušiny mléka. V sušině je ze všech složek nejvíce zastoupena laktóza (asi 70 – 80 % sušiny), dále bílkoviny (asi 10 % sušiny), minerální látky a nebílkovinné dusíkaté látky (celkem asi 11 % sušiny). Zbývající podíl je tvořen tukem (asi 1 % sušiny), kyselinami, vitaminy, minerálními a stopovými prvky. Obsah jednotlivých složek v syrovátce značně kolísá v závislosti na složení mléka, ale především na použitých podmínkách ve výrobním procesu. Kyselá syrovátka obsahuje menší množství laktózy, jelikož se část laktózy mění na kyselinu mléčnou. Vlivem kyselejšího prostředí obsahuje zvýšený podíl rozpuštěného vápníku a tím i celkový vyšší obsah solí (SUKOVÁ, 2006). Tab. 1: Průměrné složení neupravené syrovátky (KLEIBEUKER, 2006). Sloţka (%)

Sladká syrovátka 6,20

Kyselá syrovátka 5,70

Kaseinová syrovátka 6,10

Laktóza (%)

4,80

4,60

4,70

Bílkoviny (%)

0,75

0,30

0,50

Tuk (%)

0,05

0,01

0,01

Popeloviny (%)

0,60

0,80

0,90

pH

6,10

4,60

4,40

Sušina (%)

3.1.1 Mléčný cukr Laktóza tvoří hlavní část sušiny syrovátky, a to 70 – 80 %. Nachází se zde ve dvou izomerních formách jako nehygroskopická alfa-laktóza a hygroskopická beta-laktóza. Beta-laktóza způsobuje hygroskopičnost sušené syrovátky. 10

Laktóza je disacharid skládající se ze dvou hexóz: D-glukózy a D-galaktózy. Ty vytvářejí pomocí β-glykosidické vazby 4-O-β-D-galactopyranosyl-D -glukopyranózu (Obr. 1).

Obr. 1: Strukturní vzorec laktózy (McSWEENEY et FOX, 2009). Působením vysokých teplot je laktóza nestálá, při teplotě 130 °C začíná žloutnout a při teplotě nad 170 °C vzniká hnědý laktokaramel. Za přítomnosti bílkovin se hnědnutí začíná projevovat již při teplotě 70 °C. Toto hnědnutí není způsobeno degradací laktózy, ale dusíkatými i bezdusíkatými organickými barvivy hnědé až černé barvy tzv. melanoidy. Melanoidy jsou konečné produkty tzv. Maillardových reakcí mezi redukujícími cukry a aminoskupinami aminokyselin (FORMAN et al., 1979). 3.1.2 Bílkoviny syrovátky Jsou nejvýznamnější součástí syrovátky vzhledem k jejich vysoké biologické hodnotě (FORMAN et al., 1979). Celkový obsah bílkovin tvoří sérové bílkoviny (asi 90 %) a kasein (asi 10 %). Sérové bílkoviny jsou obsaženy v syrovátce téměř ve stejném množství jako v původním mléce. Jejich obsah se může lišit v závislosti na tepelném ošetření mléka před srážením a na dalších podmínkách výroby. Sérové bílkoviny jsou tříděny na albuminy, které se pak dělí na alfa-laktalbumin, beta-laktoglobulin a sérový albumin. Dále globuliny, což je skupina protilátek pocházejících z krve dojnice, které se pro svůj ochranný charakter označují jako imunoglobuliny. Mléčný albumin je vzhledem ke skladbě aminokyselin podobný vaječnému a krevnímu albuminu, neobsahuje ale fosfor (SUKOVÁ, 2006).

3.1.2.1 Beta-laktoglobulin Je hlavní bílkovinou syrovátky a na celkovém obsahu syrovátkových bílkovin se podílí asi 50 %. Skládá se ze 162 aminokyselin, jeho molekulová hmotnost je 18 277 11

a je známo 7 genetických variant. Izoelektrický bod je při pH 5,12 (FORMAN et al., 1996). Beta-laktoglobulin má vysokou nutriční hodnotu. Z aminokyselin převažuje lysin, valin, cystein a cystin. K denaturaci dochází již při teplotě kolem 65 °C (LUKÁŠOVÁ et al., 1999).

3.1.2.2 Alfa-laktalbumin Podílí se na celkovém obsahu syrovátkových bílkovin asi 25 % a je to nejvíce zastoupená bílkovina v mateřském mléce. Ze všech syrovátkových bílkovin má největší termolabilitu (LUKÁŠOVÁ et al., 1999). Obsahuje 123 aminokyselin a jeho molekulová hmotnost je 14 175, izoelektrický bod nastává při pH 4,2 – 4,5 (FORMAN et al., 1996). Alfa-laktalbumin obsahuje ze všech známých přírodních aminokyselin největší množství tryptofanu (HOLEC et al., 1989). 3.1.2.3 Sérový albumin Bovinní sérum albumin je imunologicky totožný s albuminem krevního séra. Skládá se z 582 aminokyselin a má vysokou molekulovou hmotnost 66 267. Izoelektrický bod je při pH 4,7 – 4,9 (FORMAN et al., 1996). Je významným zdrojem cysteinu, který je důležitý pro syntézu glutationu v játrech (SUKOVÁ, 2006).

3.1.2.4 Imunoglobuliny Jedná se o heterogenní skupinu proteinů, které v kravském mléce dělíme do 4 skupin: IgG1, IgG2, IgM a IgA. Převažující jsou IgM a IgG imunoglobuliny. Zajišťují ochranu imunitního systému, proto je jejich zvýšená koncentrace v mlezivu (LUKÁŠOVÁ et al., 1999). Mlezivo (kolostrum) je nezralé mléko produkované mléčnou žlázou těsně před porodem a několik dní po porodu (ZIMÁK, 1991). 3.1.2.5 Minoritní bílkoviny Součástí sérových bílkovin je i proteázo-peptonová frakce, laktoferrin a transferrin. Kromě toho jsou v syrovátce přítomny i bílkoviny membrán tukových kuliček (SUKOVÁ, 2006).

12

3.1.3 Dusíkaté látky nebílkovinné povahy Nebílkovinné dusíkaté látky (zvláště puriny) tvoří 5 -7 % veškerého dusíku v mléce a většina těchto látek přechází také do syrovátky. Vzhledem k nízkému obsahu nezpůsobují obtíže při procesech zpracování syrovátky. Jedná se o nepatrné příměsi močoviny, kyseliny močové, xantinu, hypoxantinu, guaninu, adeninu, kreatinu, kreatininu, allantoinu, rhodanidů, amoniaku a některých samostatných aminokyselin (FORMAN et al., 1979).

3.1.4 Tuk Syrovátka obsahuje jen nepatrné množství tuku. Větší množství tuku přechází do syrovátky při výrobě vysokotučných sýrů (např. niva, ementál, moravský bochník, aj.), takovou syrovátku musíme odstředit (ŠIMAN, 1950).

3.1.5 Kyseliny V syrovátce můžeme nalézt především kyselinu citronovou, mléčnou, propionovou, octovou a mravenčí. Spektrum a množství těchto kyselin závisí na aktivitě a složení mikroflóry mléka. Proto kyselá syrovátka z výroby tvarohu má nejvyšší obsah kyselin. V největším množství je zastoupena kyselina citronová (asi 150 mg/100 g) a kyselina mléčná (40 - 120 mg/100 g). Kaseinová syrovátka může obsahovat malé množství minerálních kyselin, např. kys. chlorovodíkovou (SUKOVÁ, 2006).

3.1.6 Popeloviny Minerální látky jsou přítomny v syrovátce ve formě anorganickýh (0,6 - 0,7 %) a organických (0,1 - 0,4 %) sloučenin. Jsou to převážně soli kyseliny fosforečné, uhličité, citronové, mléčné, příp. chlorovodíkové a sírové (SUKOVÁ, 2006). Při síření se část vápníku váže s kaseinem na parakasein, který přechází do sýra. Při výrobě tvarohu přechází vápník z kaseinu do syrovátky ve formě nerozpustné soli. Kromě vápníku obsahuje popel syrovátky ještě draslík, sodík, hořčík, železo, síru a chlor. Tyto prvky se vyskytují v syrovátce ve formě kationtů a aniontů (FORMAN et al., 1979). 3.1.7 Vitamíny Z mléka přecházejí do syrovátky především vitamíny rozpustné ve vodě a jen malé množství vitamínů rozpustných v tucích. Jejich obsah v syrovátce není zanedbatelný. 13

Významně jsou zastoupeny vitamíny skupiny B (B1, B2, B5 = kyselina panthotenová, B6, B12), vitamín C, A a biotin. Jejich kvantitativní zastoupení udává tabulka č. 2 (SUKOVÁ, 2006). Tab. 2: Obsah vitamínů v sušené syrovátce (SUKOVÁ, 2006).

Vitamín A (MJ/100 g)

SLADKÁ SYROVÁTKA 69,00 – 240,00

KYSELÁ SYROVÁTKA 47,00 – 165,00

Vitamín C (mg/100 g)

0,00 – 9,08

0,00 – 0,99

Vitamín B6 (mg/100 g)

0,36 – 0,77

0,46 – 0,96

Vitamín B12 (µg/100 g)

0,90 – 3,70

0,15 – 3,70

14,00 – 249,00

19,00 – 169, 00

Vitamín B1 (mg/100 g)

0,38 – 0,59

0,35 – 0,58

Vitamín B2 (mg/100 g)

1,70 – 2,92

1,57 – 2,35

Kyselina pantotenová (mg/100 g)

8,20 – 15,00

7,00 – 14,20

Biotin (µg/100 g)

8,20 – 15,00

7,00 – 14,20

Niacin (mg/100 g)

0,76 – 2,03

0,61 – 2,51

Kyselina listová (µg/100 g)

4,20 – 30,00

14,60 – 59,40

62,00 – 173,00

60,00 – 171,00

VITAMÍN

Vitamín E (µg/100 g)

Cholin (mg/100 g)

14

3.2 Zpracování syrovátky Syrovátka již dávno není brána jako odpad, ale jako levná surovina, ze které lze získat vhodným technologickým postupem hodnotné produkty. Mezi tradiční způsoby zpracování syrovátky můžeme zařadit fermentaci, odpařování a sušení syrovátky a srážení bílkovin po tepelné denaturaci (SUKOVÁ, 2006).

Obr. 2: Produkce sušené syrovátky (VARNAM et SUTHERLAND, 2001). 3.2.1 Úprava syrovátky před zpracováním Zachycenou syrovátku je nutno před dalším zpracováním upravit. Jedná se především o zbavení syrovátky nežádoucích zbytků sraženiny v podobě sýrařského prachu a o odstranění tuku pomocí odstředění. Tyto složky by negativně ovlivňovaly průběh dalšího zpracování (poškozování a ucpávání membrán) a dále by ovlivňovaly kvalitu a stabilitu produktů. Za účelem zachování chemické a mikrobiologické jakosti syrovátky se provádí pasterace, obvykle při 72 – 78 °C po dobu 15 – 20 s (SUKOVÁ, 2006). Poté se ochladí pod 10 °C a takto upravená syrovátka je připravena k dalšímu využití (HOLEC et al., 1989).

15

3.2.2 Zahušťování a sušení syrovátky Zahušťování a sušení syrovátky se provádí z několika důvodů. Jednak k prodloužení trvanlivosti a snížení nákladů na skladování a přepravu nebo k vyvolání krystalizace laktózy (WIT, 2000). 3.2.2.1 Zahušťování odpařováním Tekutá syrovátka o původním obsahu sušiny asi 6,5 % se zahušťuje na 50 – 60 % sušiny. Nejčastěji se používá vícestupňová vakuová odparka s klesajícím filmem skládající se ze soustavy vyhřívaných trubek, ve kterých protéká syrovátka v tenkém filmu. Teplota varu syrovátky v jednotlivých stupních se pohybuje od 70 do 40 °C působením stále vyššího sníženého tlaku (WIT, 2000). Brýdové páry, které vznikají při odpařování vody ze syrovátky, jsou ochlazovány v kondenzátoru. Část těchto par je v termokompresoru stlačována a znovu vrácena do procesu (FORMAN et al., 1996). Má-li se zahuštěná syrovátka dále sušit na pokud možno nehygroskopický prášek, nesmí teplota s ohledem na možnou denaturaci bílkovin překročit hodnotu 75 °C. Naopak u syrovátky, která je určena pro pekařské účely, se doporučuje odpařování při teplotě nad 75 °C. Konstrukce odparek musí být taková, aby nedocházelo k problémům s pěněním syrovátky. K pěnění má sklon především sladká syrovátka. Rovněž je důležitá konstrukce odparky s ohledem na stupeň zahuštění, jelikož se stupněm zahuštění stoupá velmi rychle viskozita (zejména při sušině nad 45 %). Ze zahuštěné syrovátky nad 65 % sušiny může vypadnout laktóza ve formě krystalů již během odpařování (FORMAN et al., 1976). Zahušťování syrovátky lze také provést pomocí membránového postupu - reverzní osmózy, kdy membránou prakticky neprojdou žádné složky sušiny, ale pouze molekuly vody. Výhodou tohoto procesu je, že nedochází k denaturaci bílkovin. Maximální zahuštění, které lze dosáhnout, je asi 25 % (VARNAM et SUTHERLAND, 2001). 3.2.2.2 Krystalizace laktózy Vysoký obsah laktózy v syrovátce představuje problémy při zahušťování a sušení. Stabilní alfa-hydrát laktózy přechází vlivem zahřívání syrovátky ve vakuu při teplotě 65 °C na alfa-anhydrid, který je silně hygroskopický a způsobuje lepivost syrovátkového prášku (FORMAN et al., 1979).

16

Proto se téměř vždy před sušením syrovátky provádí předkrystalizace laktózy např. při teplotě 20 – 35 °C, po dobu 2 – 24 h v krystalizačním tanku a následně se směs rychle ochladí. Asi 70 % laktózy se vyloučí ve formě malých krystalů, které nezpůsobují obtíže při rozprašovacím sušení. Tím dojde ke snížení podílu silně hygroskopické bezvodé alfa-laktózy. Tradičním postupem je šaržová krystalizace, modernější a rychlejší je krystalizace kontinuální (SUKOVÁ, 2006). Krystalizace se rovněž využívá jako tradiční způsob oddělení laktózy ze syrovátky. Syrovátka je v odpařovací stanici zahušťována při teplotě 70 °C na sušinu 58 - 62 %. Krystalizace laktózy je vyvolána řízeným chlazením a setím, vyloučené krystaly jsou oddělovány od matečného louhu v dekantační odstředivce a následně jsou promývány a sušeny. Matečný louh je znovu zahušťován a sušen jako delaktózovaná sušená syrovátka (VARNAM et SUTHERLAND, 2001).

3.2.2.3 Demineralizace Soli v syrovátce mají nežádoucí účinek na senzorické vlastnosti syrovátkových produktů a brání tak jejich širšímu využití v potravinářství a krmivářství. V delaktózované syrovátce (matečný louh) dojde na úkor snížení obsahu laktózy na 50 % sušiny ke zvýšení obsahu bílkovin ze 13 na 28 % a obsah solí se zvýší na 20 % z celkového obsahu sušiny (WIT, 2000). Odsolování syrovátky se provádí pomocí dvou dobře zavedených metod elektrodialýzy a iontoměničů. Rozdíl mezi těmito metodami je v selektivitě. Iontoměniče jsou neselektivní a odstraňují jednomocné i vícemocné soli. Lze jimi prakticky odstranit 100 % solí. Zatímco podstatně levnější elektrodialýza více závisí na pohyblivosti iontů v elektrickém poli a přednostně odstraňuje jednomocné soli. Proto se elektrodialýza využívá především při zpracování velkých objemů syrovátky na syrovátkové produkty, u kterých se nevyžaduje vysoké procento odsolení (VARNAM et SUTHERLAND, 2001). Demineralizaci lze také částečně provést pomocí membránové separační techniky nanofiltrace. Velikost pórů použitých membrán je 10-2 – 10-3 mm. Syrovátka proudí pod tlakem přes povrch membrán - retentát, a membránou prochází monovalentní ionty a malé molekuly - permeát (EARLY, 1998).

17

3.2.2.4 Sušení Jednotlivé složky syrovátky, zejména bílkoviny, jsou citlivé na teplotu. Pro zachování jejich fyzikálně-chemických vlastností a nutriční hodnoty se vyžaduje sušení při nižších teplotách. Proveditelnost sušícího procesu závisí na viskozitě koncentrátu, která je dána koncentrací jednotlivých složek syrovátky, teplotou, stupněm krystalizace laktózy, množstvím a velikostí krystalů, obsahem bílkovin a jejich denaturací, dále typem syrovátky a pH (SUKOVÁ, 2006). Kromě laktózy způsobuje problémy při rozprašovacím sušení také kyselina mléčná, která je velmi hygroskopická, lepí se na strojní zařízení a snižuje tím účinnost sušícího procesu. Proto se před sušením u kyselé syrovátky provádí neutralizace nejčastěji hydroxidem vápenatým nebo hořečnatým (EARLY, 1998). K sušení zahuštěné syrovátky, permeátu či bílkovinného koncentrátu (WPC) se většinou používají rozprašovací sušárny s diskovým nebo tryskovým rozprašovačem, doplněné vibrofluidním žlabem, kde probíhá dosoušení a chlazení sušeného materiálu. Získaná sušená syrovátka má přibližně 95 % sušiny, jejíž složení závisí na stupni úpravy (čištění, demineralizace, či odstranění dalších složek) před vlastním sušením (SUKOVÁ, 2006). Složení základních sušených syrovátkových produktů uvádí tabulka č. 3 (KLEIBEUKER, 2006). Tab. 3: Složení sušených syrovátkových produktů (KLEIBEUKER, 2006). Sloţení (%)

Izolát syrovátkových bílkovin

Koncentrát syrovátkových bílkovin

Deproteinovaná sušená syrovátka = permeát

Demineralizovaná sušená syrovátka

Delaktózovaná sušená syrovátka

Sušina

94,0 – 96,0

96,0 – 97,0

95,0 - 98,5

96,0 – 97,0

95,0 - 97,5

99,5 - 99,8

Laktóza

1,5 - 3,0

10,0 – 60,0

75,0 – 85,0

75,0 – 80,0

48,0 – 54,0

99,0 - 99,5,0

Bílkoviny

92,0 – 96,0

30,0 – 80,0

2,0 – 6,0

13,0 – 15,0

18,0 – 27,0

0,1 - 0,3

Tuk

0,1 - 1,0

3,0 – 8,0

0,2 - 0,5

1,0 - 1,5

1,5 - 2,5

-

Popeloviny

2,0 – 3,0

4,0 – 8,0

7,0 – 10,0

1,0 – 5,0

15,0 – 22,0

0,1 - 0,3

pH

5,8 - 6,1

4,0 - 6,5

5,8 - 6,2

6,5

5,5 - 6,5

6,0

Laktóza

3.2.3 Tepelná denaturace bílkovin Jedním z možných postupů oddělení bílkovin ze syrovátky je jejich srážení teplem v kyselém prostředí, popř. pouze přídavkem kyselin. Tohoto postupu se také využívá při výrobě laktózy, jelikož přítomnost bílkovin ztěžuje krystalizaci mléčného cukru.

18

Působením různé kombinace času a teplot (75 – 100 °C, 15 – 20 min) koagulují nejprve imunoglobuliny, sérumalbumin, beta-laktoglobulin a nakonec alfa-laktalbumin, protézo-peptonová frakce je nejodolnější a z větší části nepodléhá koagulaci. U procesu „Centri Whey“ od firmy Alfa Laval, který umožňuje kontinuální zpracování syrovátky, se syrovátka nejdříve vyhřeje ve výdržníku na denaturační teplotu po dobu 15 – 20 min. Poté se upravuje hodnota pH přídavkem kyseliny mléčné nebo chlorovodíkové na hodnotu izoelektrického bodu (pH 4,6 – 4,7). Vysrážené bílkoviny se oddělí v samoodkalovací odstředivce a získaný bílkovinný koncentrát o 15 % sušině může být využit jako cenný vedlejší produkt. Například ve Francii se bílkoviny z procesu Centri – Whey přidávají v množství 10 – 12 % do kaseinů při výrobě polotvrdých a měkkých sýrů bez ovlivnění kvality (FORMAN et al., 1979). 3.2.4 Fermentace syrovátky a permeátu Syrovátka díky vysokému obsahu sacharidů kolem 4,5 %, popř. koncentrát syrovátky nebo permeát mohou být využity jako vhodný substrát pro řadu mikroorganismů (bakterie, kvasinky či plísně), které při svém růstu vytvářejí různé cenné látky. Přítomná laktóza, popř. po rozštěpení na glukózu a galaktózu, může sloužit jako substrát pro produkci biomasy využívané především ke krmným účelům, k produkci etanolu, bioplynu, organických kyselin, vitamínů, enzymů, polysacharidů nebo k výrobě nápojů, v závislosti na použitém mikroorganismu a nastavených podmínkách během procesu fermentace (pH, koncentrace laktózy, bílkovin, solí a aerobní či anaerobní vedení procesu). Podmínky v průběhu kvasného procesu je třeba někdy upravit, někdy je zase nutné postupné odebírání produktu (SUKOVÁ, 2006).

3.2.4.1 Produkce biomasy K výrobě biomasy se ve světě využívá řada postupů, např. systém SAV a BELL z Francie a systém INCO z Polska. V systému SAV se laktóza prokvašuje jen z 50 % celkového obsahu na kvasničnou biomasu pomocí kvasinek rodu Torulopsis. Konečný produkt, obsahující jak kvasinky, tak zbylou sušinu syrovátky, se následně zahušťuje a suší. U systému INCO se v syrovátce prokvašuje veškerý přítomný mléčný cukr. U postupu BELL se ze syrovátky nejdříve oddělí bílkoviny, které se suší a jsou určeny především pro lidskou výživu. Syrovátka zbavená bílkovin se potom prokvašuje kvasinkami rodu Saccharomyces. Po skončení fermentace se kvasinky separují,

19

promývají a suší. Prokvašený produkt obsahuje až 50 % bílkovin. Má uplatnění především v dietetice a farmacii (FORMAN et al., 1979).

3.2.4.2 Produkce etanolu Anaerobní fermentací syrovátky či permeátu z ultrafiltrace lze pomocí bakterií (např. Streptococcus lactis), kvasinek (např. Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces cerevisiae) i plísní (Aspergillus niger) vyrobit etanol. Většina mikroorganismů však není schopna přímé konverze laktózy na etanol, proto se provádí hydrolýza laktózy enzymem beta-galaktosidázou. Jedním z možných postupů výroby etanolu je proces „Carbery“. Permeát z ultrafitrace je přečerpán do jedné z osmi kvasných nádob, do kterých se přidají kvasinky. Během fermentace se v každé kvasné nádobě nastavují takové podmínky, které zajišťují rychlou a efektivní přeměnu laktózy na etanol. Po skončení fermentace (asi za 24 hodin) se kvasinky odstraní a mohou být využity v dalším procesu. Tímto postupem se získá 3,5 – 4,2 % V/V etanolu potravinářské kvality a jeho destilát se dále zpracovává na lihoviny (OREOPOULOU et RUSS, 2007).

3.2.4.3 Produkce bioplynu Anaerobní digescí syrovátky nebo odpadních vod z mlékárenské výroby můžeme vyrobit bioplyn skládající se z asi 62 % metanu a 38 % oxidu uhličitého, který lze použít k výrobě tepla a elektrické energie či jako palivo do motorů (PORTEOUS, 2008). Z 220 000 000

l

syrovátky

tak

můžeme

získat

775 000

m3

bioplynu

(WAINWRIGHT, 1999). 3.2.4.4 Výroba organických kyselin Použitím bakterií mléčného kvašení (např. Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus) lze vyrábět ze syrovátky i permeátu kyselinu mléčnou, která se používá ve farmaceutickém, potravinářském i chemickém průmyslu jako okyselující a konzervační látka, případně může být využita jako substrát při výrobě biodegradabilních plastů (MIELENZ et al., 2008). V průběhu fermentace se vznikající kyselina mléčná neutralizuje uhličitanem vápenatým a po prokvašení se médium zahřeje, přefiltruje a filtrát se zahustí. Mléčnan vápenatý se přídavkem kyseliny sírové převede na kyselinu mléčnou, která se dále pro 20

potravinářské účely rafinuje křemelinou a hydroxidem barnatým. Tímto způsobem se asi 90 % laktózy přemění na kyselinu mléčnou s výtěžností 50 % z obsahu laktózy. Syrovátka obohacená o bílkovinné hydrolyzáty je vhodným substrátem pro kvasnou výrobu kyseliny propionové. Tato výroba je však časově náročná a z ekonomického hlediska je proto nutná instalizace značných objemových kapacit - fermentorů. Výtěžnost se pohybuje v závislosti na použitém kmenu, dodaných živinách, pH a době trvání fermentace v rozmezí 0,45 - 0,75 % (FORMAN et al., 1979). Syrovátkový permeát lze využít k produkci kyseliny octové, kdy se laktóza pomocí Kluyveromyces fragilis převede na alkohol, který je následně oxidován za spolupůsobení bakterií rodu Acetobacter na kyselinu octovou (JULIEN, 1985). Fermentací syrovátky lze rovněž získat kyselinu sukcinovou, která má široké uplatnění v potravinářství a farmaceutickém průmyslu, dále jako meziprodukt pro chemickou syntézu povrchově aktivních látek, detergentů, pro výrobu biologicky rozložitelných plastů, ale také jako složka krmiv. K její produkci se používá např. Actinobacillus succinogenes, který konvertuje laktózu přímo na kyselinu sukcinovou. Vedlejšími produkty fermentace jsou kyselina octová a mravenčí (MIELENZ et al., 2008). Syrovátka po hydrolýze může být vhodným substrátem pro výrobu esenciálních aminokyselin (lysin, kyselina glutamová) pomocí bakterií E. coli a Enterobacter (NAJAFPOUR, 2007). 3.2.4.5 Výroba enzymů Enzym laktáza štepí glykosidickou vazbu laktózy za vzniku glukózy a galaktózy. Využívá se například při výrobě mléčných výrobků pro jedince trpící laktózovou intolerancí. K produkci laktázy lze použít kultivaci kvasinek Zygosaccharomyces lactis a Kluyveromyces lactis i plísní Aspergillus niger (STRAATHOF et ADLERCREUTZ, 2000). Aerobní fermentací syrovátky lze získat proteolytické enzymy, které se využívají v různých průmyslových odvětvích (potravinářském, farmaceutickém, textilním a kožedělném průmyslu). Při výrobě orientálních potravin se používají ke změkčování a zvýšení stravitelnosti (EL-SHORA et METWALLY, 2008).

21

3.2.4.6 Výroba polysacharidů Syrovátkový permeát slouží jako vhodný substrát pro tvorbu extracelulárních mikrobiálních polysacharidů xantanů např. pomocí Xanthomonas campestris (FOX, 1997). 3.2.4.7 Výroba fermentovaných nápojů Ze syrovátky s obsahem solí i částečně odsolené či permeátu se vyrábí mnoho fermentovaných nápojů za použití mléčných bakterií nebo v kombinaci s kvasinkami (např. K. fragilis nebo S. pseudotropicalis). Po přídavku sacharózy do syrovátky lze fermentaci provádět kvasnicemi S. cerevisieae, které ale nefermentují laktózu, a tak zůstává v původním množství v nápoji. Fermentované nápoje obsahují jednak cenné složky syrovátky, ale i cenné produkty vznikající činností mikroorganismů (kyselina mléčná, těkavé kyseliny, enzymy, aromatické látky). Problémy však způsobuje příliš vysoký obsah solí a kyselin nebo např. nestabilita bílkovinného zákalu a proto jim musí být věnována pozornost při vývoji nápojů, tzn. při jejich míšení s ovocnými štávami, aromaty, apod. (SUKOVÁ, 2006).

22

3.3 Moderní separační metody Rozvoj

nových

technologií,

především

membránových

procesů,

gelové

chromatografie a iontoměničů, umožňuje získat ze syrovátky mimořádně cenné produkty vysoké kvality a čistoty se specifickými vlastnostmi. Jaké vlastnosti a kvalitu bude mít konečný výrobek, se dá ovlivnit již při odvádění syrovátky ze sýrařské vany. Proto je třeba zacházet se syrovátkou jako s velmi cennou surovinou ve všech stupních zpracování (SUKOVÁ, 2006). 3.3.1 Membránové procesy Membránové technologie si získaly značnou oblibu ve zpracování syrovátky. Používají se nejen pro separaci jednotlivých složek a k zahušťování, ale vzhledem k neustálým pokrokům ve vývoji (především membrán a čerpadel) přichází v úvahu i získávání obtížně separovatelných složek. Membránové postupy se uplatňují především k výrobě bílkovinných koncentrátů a izolátů nebo izolovaných frakcí, které mají využití jako výživová složka do potravin pro sportovce, do dětské výživy, aj. Principem separace složek syrovátky je prostup části těchto látek semipermeabilní membránou s různou velikostí pórů. Látky, které projdou membránou, se označují jako permeát (rozpustné sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností). Zatímco ostatní zadržené složky se označují jako retentát (SUKOVÁ, 2006). Hnací silou dělícího procesu je hydrostatický tlak a syrovátka je hnána pod tlakem podél membrány, tzv. cross-flow filtrace. Mezi membránové postupy používané při zpracování syrovátky řadíme mikrofiltraci (MF), ultrafiltraci (UF), nanofiltraci (NF) a reverzní osmózu (RO), přičemž rozdíl mezi těmito postupy je především ve velikosti pórů membrán a použitých tlaků během procesu. Jednotlivé typy membránových technik a složení permeátu a retentátu ukazuje obrázek č. 3 (WARD, 2008). Použité membrány musí mít velkou separační účinnost, odpovídající permeabilitu, mechanickou pevnost, stabilitu vůči samovolné hydrolýze, odolnost proti čisticím prostředkům a musí být také snadno čistitelné. Zhotovují se z acetátu celulózy, nitrátu celulózy, PVC, teflonu, nylonu, polysulfonů, aj. V procesu se využívají dle tvaru membrán moduly s plochými membránami, moduly s paralelními deskami, trubkové moduly, moduly s dutými vlákny a moduly se spirálovitě vinutými plochými membránami (FORMAN et al., 1979).

23

Obr. 3: Membránové techniky používané při zpracování syrovátky (WARD, 2008).

3.3.2 Elektrodialýza Elektrodialýza je membránová metoda využívaná k odsolování syrovátky. V procesu se odstraňují z roztoku ionty za použití elektrického napětí a iontově selektivních membrán. V zařízení se střídají kationové a anionové membrány, mezi nimiž střídavě protéká syrovátka a vodný roztok solí. Jednotlivé ionty přecházejí pod vlivem napětí ze syrovátky do roztoku solí. Za normálních podmínek se takto odstraní ze syrovátky při každém průchodu soustavou membrán asi 10 % solí. Opakovaným průchodem se může odstranit až 90 % popelovin. Míra odsolení není pro všechny ionty stejná. Závisí na velikosti iontu a také na velikosti náboje. Nejvyšší je u draslíku, podstatně nižší je u vápníku (ZIMÁK, 1991).

24

3.3.3 Chromatografické postupy Ve zpracování syrovátky se chromatografické techniky používají k získávání proteinů, jejich frakcí, růstových faktorů a dalších cenných složek podle jejich specifických vlastností (náboj, relativní hydrofobicita, molekulová hmotnost). Velmi dobře známa je gelová filtrace dělící látky podle molekulové hmotnosti, iontoměničová chromatografie založená na rozdílu nábojů a afinitní chromatografie, která využívá specifických interakcí mezi molekulami (WIT, 2000). 3.3.3.1 Iontoměničová chromatografie Tato technika se již dříve uplatňovala k separaci bílkovin ze sladké syrovátky. Postup separace může vypadat následovně. Syrovátka se okyselí a smíchá s negativně nabitou umělou pryskyřicí. Bílkoviny, které získaly změnou pH kladný náboj, se váží na pryskyřici. Zbylé složky, které se nenavázaly (především tuk a laktóza), se vymyjí. Poté se zvýší hodnota pH za účelem uvolnění bílkovin, které se pak zahustí ultrafiltrací a sprejově suší. Získaný izolát bílkovin obsahuje veškerý beta-laktoglobulin (hlavní syrovátková bílkovina. Alfa-laktalbumin a některé imunoglobuliny se procesem ztratí (SUKOVÁ, 2006). Iontoměniče se používají i při odstraňování minerálních látek ze syrovátky a jsou schopny odstranit až 95 % z nich. Nevýhodou je však velká spotřeba regenerovaných chemikálií a vody (OREOPOULOU et RUSS, 2007). Kyselá syrovátka nebyla v minulosti dostatečně využívána, vzhledem k absenci účinných technik, které by zajistily její frakcionaci. Membránové procesy se uplatňují především k frakcionaci tekuté syrovátky z výroby sýrů. Nižší pH u kyselé syrovátky (asi 4,6) vede k ucpávání pórů membrán a tím k zastavení procesu. Proto americká mlékárenská asociace DMI (Dairy Management Inc.) sponzorovala výzkum zaměřený na získávání hodnotných složek z kyselé syrovátky. Nový postup je založen na iontoměničové chromatografii, kdy se kyselá syrovátka přivede do iontoměničové kolony, která zachytává všechny kladně nabité proteiny. Ze zachyceného materiálu se potom získává izolát syrovátkové bílkoviny (WPI), alfa laktalbumin (ALA) nebo WPI zbavený ALA o vysoké čistotě. Procesem se odstraňují minerální látky, lipidy a kyselina mléčná, které ovlivňují senzorické vlastnosti a funkčnost bílkovinných frakcí. Výhodou tohoto procesu je také používání nenákladných pufrů potravinářské kvality, možnost uzpůsobení požadovanému objemu a vysoká výtěžnost produktu (KVASNIČKOVÁ, 2005). 25

3.3.3.2 Gelová chromatografie U gelové chromatografie probíhá dělení látek na nabobtnalých částicích gelu umístěných v koloně s mikroporézním dnem. Jako gel se používají například modifikované přírodní polymery na bázi dextranů (Sephadex) nebo syntetické polymery (BIO-GEL, Spheron). Vlastní dělící proces lze charakterizovat jako obrácenou filtraci. Složky s velkou molekulovou hmotností procházejí rychle mezizrnovým prostorem mezi nabobtnalými gelovými částicemi, zatímco složky o malé molekulové hmotnosti pronikají do struktury gelu a jsou déle zadržovány v koloně. Při dělení syrovátky tak nejdříve získáme frakce bílkovinných koncentrátů, potom roztok laktózy a roztok minerálních látek. V průmyslu se gelová filtrace využívá jako postup k dělení bílkovinných koncentrátů na frakce. V závislosti na použitém gelu můžeme například získat laktalbuminovou frakci, která se přidává do kojenecké výživy (FORMAN et al., 1979). 3.3.3.3 Afinitní chromatografie Proces separace u afinitní chromatografie je založen na vratných interakcích mezi dvěma biologicky aktivními látkami. Jedna z látek se váže jako ligand na matrix, druhá látka je obsažena v syrovátce a specificky se váže právě na onen ligand. Po odstranění nenavázaných látek promýváním se námi požadovaná látka eluuje vhodným roztokem. Tato technika se upatňuje k získávání růstových faktorů ze sladké syrovátky. Nejprve se provede mikrofiltrace pasterované syrovátky. Tím se odstraní tuk a malé částice. Poté je syrovátka vedena do katexové kolony za účelem odstranění hlavních proteinů při pH 6,5. Zbylá bílkovinná frakce je pak dělena afinitní chromatografií a požadované látky jsou eluuovány z heparinové kolony bikarbonátem amonným. Při tomto postupu tak získáme 0,1 mg růstových faktorů z 1 000 kg syrovátky (WIT, 2000). 3.3.4 Postupy úpravy bílkovinného koncentrátu Technologickými úpravami syrovátkových bílkovin se dále rozšiřuje spektrum jejich uplatnění (SUKOVÁ, 2006).

3.3.4.1 Mikropartikulace (MP) Mikropartikulace kombinuje tepelné a mechanické ošetření, kterým se koncentrát syrovátkových bílkovin (WPC) denaturuje a zpracovává. Takto lze upravit syrovátkové bílkoviny, aby vznikly částice podobné velikosti, jako mají tukové kuličky v mléce. 26

Vzniklý výrobek má v porovnání s WPC hustší krémovitou konzistenci a využívá se do odtučněných mléčných výrobků (např. sýra s 20 % tuku v sušině) pro dosažení podobného senzorického vjemu jako u tučných výrobků. Procesem APV LeanCreme lze upravit retentát získaný ultrafiltrací sladké i kyselé syrovátky. Ze sladké syrovátky se vyrobí LeanCreme Neutral – bělavý krémový produkt s konzistencí kávové smetany. Na rozdíl od syrovátky má neutrální chuť a vůní. Z kyselé syrovátky se získá bílý krémový produkt LeanCreme Lactic s čistou nakyslou chutí podobnou podmáslí. Proces APV LeanCreme je založen na jediné operaci probíhající v kombinovaném tepelném výměníku (deskový výměník a výměník se stíraným povrchem). Díky tomu dojde k partikulaci dříve než nastane shlukování bílkovin. Tímto postupem se dosahuje rovnoměrné velikosti částic. Pro výrobu sýrů je optimální velikost kolem 5 μm, do jogurtů a mražených krémů 1 – 2 μm (SUKOVÁ, 2007). 3.3.4.2 Texturizace syrovátkových bílkovin Při texturizaci biomateriálu extruzí se bílkovina za určité teploty nechá změknout, aby se mohla extruzí formovat do jiných struktur. Texturované materiály vyrobené extruzí buď ze samostatných koncentrátů a izolátů syrovátkových bílkovin, nebo v kombinaci s dalšími složkami, mají nutriční efekt a příznivé funkční vlastnosti. Díky tomu jsou přidávány do snacků, pekařských výrobků, nápojů a dalších potravin. Dosažením vláknité žvýkatelné textury lze syrovátkové bílkoviny využít jako analogy masa (podobně jako sojové bílkoviny). Texturované syrovátkové bílkoviny mohou být také použity místo škrobů jako instantní zahušťovadla (SUKOVÁ, 2006) 3.3.4.3 Příprava gelů Za určitých teplot a podmínek prostředí lze z dispergovaných WPC a WPI vytvářet gely, které mohou nahradit jiné gelotvorné látky, například vaječný bílek a želatinu. Ty pak mohou částečně nebo úplně nahrazovat tradiční prostředky na úpravu viskozity a textury (např. v masných a mléčných výrobcích). Komplex vlastností syrovátkových bílkovin pro schopnost tvorby gelů je ovlivňován řadou parametrů procesu. Při zkoušení vlivu vysokotlakého ošetření na mléko s přídavkem WPI vznikly v závislosti na výši tlaku a na množství WPI gely s různou elasticitou. Místo vysokých teplot lze také syrovátkové gely vytvářet za přídavku solí při pokojové teplotě (SUKOVÁ, 2006). 27

3.3.4.4 Enzymové modifikace Ošetřením WPC pomocí různých enzymů lze dosáhnout příznivých nutričních a funkčních vlastností bílkovin. Například použitím enzymu Neutrase u WPC 80 se při teplotě 40 °C dosáhlo 8 % hydrolýzy, což mělo pozitivní vliv na index nerozpustnosti, index dusíku syrovátkové bílkoviny a na hustotu. Viskozita se snížila a zlepšila se rozpustnost, emulgovatelnost a schopnost tvorby pěny. Podle patentu firmy Nestlé lze také po provedení asi 20 % hydrolýzy syrovátkových bílkovin snížit v dietních mléčných výrobcích alergenitu, která je problémem mléčných bílkovin (SUKOVÁ, 2006).

28

3.4 Syrovátkové produkty Mezi základní syrovátkové produkty patří koncentrát, sušená syrovátka, sušený permeát, koncentrát syrovátkových bílkovin, laktóza a další. Nejlepší uplatnění na trhu mají bílkovinné frakce jako surovina pro výrobu sýrů i jako funkční a výživový přídavek do potravin. Problém zůstává s uplatněním nadbytečného množství laktózy. Speciální

syrovátkové

produkty

jako

např.

laktoglobuliny,

laktalbuminy,

laktoferrin, laktoperoxidáza, osteopontin, sfingomyelin, imunoglobuliny, tagatóza, laktulóza, glykomakropeptidy a glykooligosacharidy se vyznačují vysokou přidanou hodnotou. Tyto produkty tvoří na trhu jen nepatrný segment a jejich využitelnost závisí na technologickém rozvoji (SUKOVÁ, 2006). Na vývoj trhu s produkty ze syrovátky a laktózy v období let 2006 - 2010 se zaměřila společnost 3A Business Consulting, a to konkrétně na tyto výrobky: sušenou syrovátku, koncentráty syrovátkových bílkovin (WPC 35, WPC 80), izoláty syrovátkových bílkovin (WPI), hydrolyzáty syrovátkových bílkovin (WPH), frakce syrovátkových bílkovin, laktózu a laktózové deriváty. Podle výsledků zprávy společnosti se světová produkce syrovátky v roce 2006 odhaduje na 850 mil. t (v Evropě 400 mil. t, v USA 317 mil. t). V Evropě je trh zaměřen především na WPC 35, zatímco v USA na WPC 80 a WPI. Laktóza (asi 80 % produkce) se používá především do mléčné kojenecké výživy, masných výrobků, cukrovinek a pekařských výrobků. Zbytek připadá na farmaceutické účely. Na významu nabývají frakce syrovátkových bílkovin jako alfa-laktalbumin, IgG, galaktooligosacharidy (GOS) a také laktitol z laktózy. Produkce GOS roste ročně o 15 %, laktulózy o 1 až 4 % (ANONYM A, 2008). 3.4.1 Sušená syrovátka Sušením se prodlužuje trvanlivost syrovátky a snižují se náklady na její přepravu. Hladký průběh sušícího procesu a kvalita konečného produktu závisí na předchozí úpravě

(odstranění

sýrového

prachu,

pasterace,

krystalizace

laktózy,

příp.

demineralizace) před vlastním sušením (SUKOVÁ, 2006). Sušená syrovátka má uplatnění především jako krmivo pro drůbež a hospodářská zvířata, příp. se využívá jako přísada do mléčných, pekařských a cukrářských výrobků, suchých směsí a polévek (BAILEY, 1997).

29

3.4.2 Demineralizovaná syrovátka Odsolení syrovátky je nutné zejména při její aplikaci do výrobků kojenecké výživy, ale také při jejím využití v dalších potravinářských produktech (zmrzlina, pekařské a cukrářské výrobky) a krmivech. Hlavními odstraněnými ionty ze syrovátky jsou Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HPO4-, citráty a mléčnany. U přípravků určených pro kojence se vyžaduje více než 90 % snížení obsahu solí v syrovátce za pomocí iontoměničů (BRENNAN, 2006). Pro zkrmování je dostačující 60 % odsolení. Demineralizovaná syrovátka dále slouží jako zdroj, ze kterého se separují významné složky, nebo se zahušťuje a suší (SUKOVÁ, 2006). 3.4.3 Deproteinovaná syrovátka Část syrovátky, která zůstane po separaci bílkovin ultrafiltrací, se označuje jako permeát. Ultrafiltrace je poměrně nákladný postup, proto vhodné využítí permeátu výrazně přispívá k ekonomice celého procesu zpracování syrovátky. Zahuštěný permeát po

předchozí

demineralizaci

slouží

k výrobě

laktózy,

sladidel

využívaných

v cukrářských výrobcích a pivovarnictví, nebo se používá jako substrát pro fermentační procesy (BRITZ et ROBINSON, 2008). 3.4.4 Laktóza a produkty z laktózy Vzhledem k vysokému obsahu laktózy v sušině syrovátky a stále rostoucí produkci sýrů představuje její využití problém, o jehož řešení usiluje řada výzkumných pracovišť. Laktóza se odděluje krystalizací ze syrovátky nebo permeátu, ze kterého může být získána v poměrně čisté formě. Její uplatnění spočívá v kojenecké výživě, cukrovinkách, pečivu (pro dosažení hnědé barvy), dále jako tabletovací prostředek ve farmacii, složka fermentačních médií (např. při výrobě antibiotik) nebo se zpracovává na sirupy a jiné sacharidické deriváty. Výrobky obsahující laktózu jsou vhodné i pro diabetiky vzhledem k jejímu pomalému vstřebávání, což vede i k pomalému vzestupu glykémie. Laktóza má nižší glykemický index (GI = 45 – 50) než glukóza (GI = 100), ale vyšší než fruktóza, čehož lze využít i při regulaci hmotnosti (SUKOVÁ, 2006).

30

3.4.4.1 Glukózo-galaktózový sirup Glukózo-galaktózový sirup má třikrát větší sladivost než laktóza a vyrábí se buď kyselou hydrolýzou laktózy, nebo častěji pomocí enzymu beta-galaktosidázy. Produkt však nemůže cenově soutěžit s ostatními sladidly, jako např. sacharózový, fruktózový, sukralózový sirup nebo syntetickými sladidly (McSWEENEY et FOX, 2009). 3.4.4.2 Laktulóza Pravděpodobně nejvíce komerčně vyráběný derivát laktózy je laktulóza (disacharid, skládající se z galaktózy a fruktózy). Vyrábí se epimerizací glukózy v molekule laktózy na fruktózu v mírně alkalickém prostředí. Laktulóza má široké uplatnění např. jako prebiotikum nebo mírné laxativum (McSWEENEY et FOX, 2009).

3.4.4.3 Laktitol Karbonylová skupina laktózy může být redukována na laktitol (McSWEENEY et FOX, 2009). Laktitol je cukerný alkohol skládající se z galaktózy a sorbitolu, který se využívá jako náhrada cukru v tzv. sugar-free cukrovinkách, čokoládách, žvýkačkách, pekařských výrobcích a zmrzlině. Z medicínského hlediska má příznivý vliv na jaterní encefalopatii a zácpu (SMITH et CHARTER, 2010). 3.4.4.4 LBA – lactobionic acid Zajímavým derivátem laktózy je kyselina 4-O-beta-galaktopyranosyl-D-glukonová (Lactobionic Acid = LBA). Tato látka se doposud vyráběla nákladným neenzymatickým chemickým postupem. Aliance “Milky Way” vyvinula nový enzymový přípravek “LactoYield” určený k 100 % přeměně laktózy na LBA, která je komerčně zajímavějším produktem. Kromě jejího uplatnění ve farmaceutických a

kosmetických výrobcích se dá

aplikovat i jako složka sýrů na pizzy, jako náhrada části sušiny při výrobě jiných sýrů nebo mražených krémů. Přídavek LBA při zpracování masa snižuje ztráty vody během zmrazování a rozmrazování (SUKOVÁ, 2009). 3.4.4.5 Tagatóza Monosacharid tagatózu lze získat konverzí galaktózové frakce laktózy v alkalickém prostředí. Lidským organismem je špatně absorbovatelná. Využívá se jako 31

nízkoenergetické sladidlo vhodné i pro diabetiky (až 92 % sladivost sacharózy) či jako prebiotikum. Vzhledem k vysokému laxativnímu účinku nebylo dříve její použití v potravinách evropskou legislativou povoleno, ale na žádost firmy Bioresco vydal Poradní výbor pro potraviny kladné stanovisko pro používání tagatózy. U potravin obsahující více než 15 g tagatózy na jednu porci a u nápojů s obsahem více než 1 % této látky je nutné zřetelně označit, že obsahují D-tagatózu a uvést upozornění: Nadměrná spotřeba může mít laxativní účinek (SUKOVÁ, 2006).

3.4.4.6 Galaktooligosacharidy (GOS) GOS jsou nestravitelné oligosacharidy (galaktotriázy obsahující 3 molekuly galaktózy), které se mohou získat z roztoků s vysokou koncentrací laktózy za využití galaktosyltransferázové

aktivity

enzymu

beta-galaktosidázy.

Jsou

specificky

přeměňovány bifidobakteriemi, proto se využívají jako prebiotika (SUKOVÁ, 2006). 3.4.5 Tepelně denaturovaná bílkovina (laktalbumin) Srážením bílkovin tepelnou denaturací z kyselého prostředí lze získat laktalbumin (syrovátkový “bílek”) obsahující nejméně 80 % bílkovin. Tato metoda je k bílkovinám nešetrná. V závislosti na použité teplotě se liší míra denaturace bílkovin, a tím i jejich funkční vlastnosti a stravitelnost. Laktalbumin jé lépe stravitelný než kasein, ale díky jeho nízké rozpustnosti, zrnité textuře a často nevyhovující barvě má omezené uplatnění. Dříve se využíval jako nutriční přídavek do krmiv i potravin, příp. jako náhrada části mléka při výrobě sýrů (SUKOVÁ, 2006). 3.4.6 Koncentrát a izolát syrovátkových bílkovin Pomocí moderních separačních technik (ultrafiltrace, diafiltrace) lze připravit ze syrovátky koncentrát syrovátkových bílkovin (WPC) s obsahem 35 – 80 % bílkovin v sušině. WPC-35 připravený po odstředění syrovátky ultrafiltrací tedy obsahuje 35 % bílkovin v sušině a téměř stejné množství laktózy. Proto se často používá jako náhrada sušeného odstředěného mléka. WPC-50 se připravuje tak, že se k retentátu z ultrafiltrace přidá přibližně stejné množství vody a retentát je znovu veden přes ultrafiltrační membránu. Tím se znovu sníží obsah laktózy a minerálních látek. Tento promývací process se nazývá diafiltrace. Zvýšením objemu vody, určené k promývání, získáme WPC až o 80 % obsahu bílkovin v sušině.

32

Technologicky náročnější je proces výroby izolátu syrovátkových bílkovin (WPI), který využívá kombinace ultrafiltrace, diafiltrace a iontoměničů. WPI obsahuje vice než 90 % bílkovin v sušině (CHANDAN et al., 2008). Pro další využití syrovátkových bílkovin jsou důležité jejich konkrétní vlastnosti, a to jejich biologická využitelnost, rozpustnost, emulgační vlastnosti, šlehatelnost, aminokyselinové složení, apod. (SUKOVÁ, 2006). 3.4.7 Syrovátkový tuk Předpokladem prakticky všech způsobů zužitkování složek syrovátky je i využití syrovátkového tuku získaného odstředěním (obdobně jako mléčný tuk). Na odstředivce získá podobu syrovátkové smetany, která se dále zpracovává zmáselnění na syrovátkové máslo. Toto máslo se pak může dále využívat např. pro úpravu tuku v některých tavených sýrech (HOLEC et al., 1989).

33

3.5 Vyuţití syrovátky a syrovátkových produktů při výrobě potravin Využívání syrovátky a jejích složek je jednoznačně velkým trendem při výrobě funkčních,

konvenientních

a

wellness

potravin

a

potravin

pro

potěšení.

Nezanedbatelným faktem je i nízká cena syrovátky. Syrovátka dodává nově vyvíjeným produktům vysokou výživovou hodnotu a širokou paletu fyzikálně-chemických vlastností. Poskytuje nejrůznější inovace v sortimentu mléčných výrobků, dezertů, pomazánek, dresinků, mražených krémů, pekařských výrobků, nápojů (i v prášku), tyčinek, snacků, čokolády, cukrovinek a kojenecké výživy. Umožňuje částečnou náhradu živočišných bílkovin. Syrovátkové deriváty dodávají potravinám hutnost, přičemž jejich zahušťovací schopnosti jsou srovnatelné se škroby. Některé syrovátkové deriváty jsou schopny vázat až osminásobek hmotnosti vody a jejich přídavek v množství 10 % zvýší viskozitu výrobku o dva řády. Syrovátkové produkty ovlivňují i senzorické vlastnosti v hotových výrobcích. Příznivě bývá hodnoceno jemné mléčné aroma, chuť a textura. S vývojem postupů pro získávání čistších složek a složek se specifičtějšími vlastnostmi se neustále vyvíjejí i možnosti aplikací těchto produktů v potravinách (SUKOVÁ, 2006). 3.5.1 Výroba sýrů Při výrobě sýrů se často používají syrovátkové bílkovinné produkty buď pro zvláštní charakter z nich získaných produktů, nebo jako částečná náhrada dražší suroviny. Kromě toho, že se využijí cenné bílkoviny z levné suroviny, se dosahuje i výraznější chuti a jemné konzistence sýrů. Denaturované syrovátkové bílkoviny lze také přidávat do tavených sýrových pomazánek (SUKOVÁ, 2006). Jednou z možností využití tekuté syrovátky je i výroba syrovátkových sýrů, které mohou být podle definice IDF (International Dairy Federation) dvojího druhu. Prvním typem je sýr „Ricotta“ obsahující kromě 70 – 80 % vody hlavně teplem vysrážené bílkoviny. Někdy bývá též označovaný jako syrovátkový tvaroh. Druhým je syrovátkový sýr norského typu „Mysost“, v jehož složení převládá laktóza (33 – 45 % podle druhu produktu). Z hlediska zužitkování syrovátky jsou mnohem více efektivnější výrobky typu Mysost, při jejichž výrobě se zpracuje prakticky veškerá syrovátka. Zatímco z výroby Ricotty zůstává 80 - 85 % odproteinované syrovátky, jejíž využití je vysoce problematické (JELEN, 2001).

34

3.5.1.1 Ricotta Ricotta je nezrající měkký sýr původem z Itálie, který se tradičně vyráběl ze sladké syrovátky odpadající při výrobě Mozzarelly. V současné době se Ricotta může vyrábět téměř ze všech typů sladké syrovátky nebo ze směsi syrovátky s mlékem. Principem výroby Ricotty je tepelná koagulace bílkovin po okyselení. Ze 100 kg sladké syrovátky a 5 kg mléka tak můžeme získat 5 kg Ricotty o typickém složení 2,5 % tuku, 16 % bílkovin, 3,5 % laktózy, 1 % minerálních látek a celkové sušině 20 – 23 % (ROBINSON, 2002).

3.5.1.2 Mysost Produkty typu „Mysost“ jsou v Norsku známy pod několika alternativními názvy. „Brunost“ („hnědý sýr“) se vyrábí ze syrovátky, do které se přidává mléko nebo smetana. Tato směs se vaří do doby, než se většina vody odpaří. Během vaření mléčný cukr zkaramelizuje a sýr je proto hnědý a nasládlý. Hnědý sýr je typickým norským výrobkem. Na trhu je několik druhů. Ten nejdražší je z kozího mléka, má výraznou chuť, a proto každému nechutná. Má formu válce, aby se snadno odlišil od ostatních. Nejoblíbenějším hnědým sýrem v Norsku je Gudbrandsdalsost, neboli G-35, který obsahuje 35 % tuku v sušině. Vyrábí se ze syrovátky z kravského mléka, do které se přidává smetana, kravské a kozí mléko. Další druhy hnědého sýra se od sebe liší pouze obsahem tuku. Nejméně tučný je sedmiprocentní Mager Mysost. Tyto tvrdé sýry obsahují méně než 25 % vody. Roztíratelný je sýr Prim plněný v krabičkách, protože obsahuje přes 30 % vody. Při výrobě se nevaří tak dlouho a prodává se i různě ochucený. Prim mají rády hlavně děti. V Norsku se ročně vyrábí asi 12 000 tun hnědého sýra. Z toho polovina je tvořena sýrem G-35, třetina sýrem Flóte Mysost (smetanový syrovátkový) a necelá desetina je z pravých kozích sýrů Ekte Geitost (STRØMSNES, 2003). Hlavní výrobní operací sýru typu Mysost je zahušťování syrovátky s přídavkem smetany v tradičních odparkách, doplněných v moderní verzi membránovými procesy. Prvořadým technologickým problémem při výrobě je nebezpečí krystalizace laktózy, neboť nízký obsah vody vede k vytvoření přesyceného roztoku laktózy. Proto se po dokončení odpařovacího procesu provádí prudké zchlazení koncentrátu ve speciálně konstruovaných výměnících tepla, jehož výsledkem je kontrolovaná tvorba krystalů laktózy mikroskopických rozměrů. Alternativním způsobem je štěpení laktózy enzymem laktáza před závěrečným odpařováním. Experimentálně bylo zjištěno, že 35

k zamezení defektu označovaného jako „pískovitost“ stačí rozštěpit 30 – 40 % přítomné laktózy. Mírné zvýšení sladkosti finálního produktu lze považovat za pozitivní pro řadu potravinářských výrobků. Sýry typu Mysost lze například využít při výrobě sýrových pomazánek, sladkých pomazánek typu nutella, cukrovin, vysokoenergetických tyčinek apod. (JELEN, 2001). 3.5.1.3 Technologické pokroky ve výrobě syrovátkových sýrů Tradiční postupy ve výrobě obou druhů syrovátkových sýrů jsou šaržové, neefektivní a náročné na pracovní sílu. Proto firma Highland Equipment Ltd. ve spolupráci s Kanadským vládním ústavem potravinářského výzkumu vyvinula nový kontinuální proces srážení syrovátkové bílkoviny. V procesu se používá deskový regenerační výměník tepla, umožňující až 50 % recirkulaci energie, a tři trubkové sekce. Zde se syrovátka dohřívá na koagulační teplotu 90 °C s následnou denaturací bílkovin za turbulentních průtokových podmínek, zatímco v koagulační části se používá laminární proudění. Technicky náročné oddělování velmi měkké a nesoudržné sýřeniny je vyřešeno použitím kontinuálního filtračního pásu, na který je šetrně napouštěna směs koagulovaného proteinu a odproteinované syrovátky. Tento kontinuální systém nabízí oproti tradiční šaržové výrobě až 60 % úsporu pracovních sil, vyšší výtěžnost a zdvojnásobení trvanlivosti výrobku až na 10 týdnů, což vede ke značným finančním úsporám (JELEN, 2001). 3.5.2 Výroba nápojů K výrobě nápojů se častěji používá syrovátka nebo její frakce ve formě prášku (sušená, deproteinovaná nebo demineralizovaná). Méně se používá kapalná pasterovaná syrovátka, vzhledem k vysokým nákladům na přepravu, nízké údržnosti v případě kontaminace, proměnlivé jakosti a vysokému obsahu solí. Někdy představuje problém i vysoký podíl laktózy. Toho se naopak využívá při výrobě fermentovaných nápojů. Někdy se klade důraz na obsah bílkovin, který však způsobuje potíže v případě výroby čirých nápojů. Syrovátkové deriváty místo škrobů mají v nápojích často funkci zahušťovadla. Na trhu se nacházejí jak syrovátkové nápoje v kapalném stavu připravené ke konzumaci, tak i práškové směsi určené k přípravě nápojů. Obvyklejší jsou nápoje, u nichž výroba spočívá především ve smíchání složek. Méně časté jsou nápoje, při jejichž výrobě je zařazena fermentace. Syrovátkové nápoje jsou oblíbené především 36

u žen, které je konzumují hlavně kvůli nízkému obsahu energie, příznivému účinku na trávicí trakt a řadě fyziologických účinků jednotlivých složek (SUKOVÁ, 2006). 3.5.2.1 Sortiment syrovátkových nápojů na trhu Světový trh s funkčními mléčnými nápoji se rychle rozvíjí a vzrůstá a podle mezinárodní konzultační společnosti Zenith International se odhaduje, že do roku 2011 dosáhne prodej v západní Evropě, USA a Japonsku hodnoty 6,25 mil. EUR. Společnost Chr. Hansen uvedla v roce 2007 na trh probiotické syrovátkové nápoje „My Whey“, které přispívají k uspokojení poptávky spotřebitelů po zdravých nápojích. Nápoje „My Whey“ obsahují směs účinných ingrediencí společnosti Chr. Hansen, konkrétně probiotické kmeny Bb-12 a La-5, enzym Ha-Lactase (snižující obsah cukru ve finálním nápoji) a přírodní barviva. Vyrábí se v příchutích přírodní/neutrální, mango/pomeranč a tropická s ananasem (McNALLY, 2007). Mlékárna Ekomilk v České republice vyrábí syrovátkové nápoje „S-drink“ s nízkým

obsahem

tuku

s příchutí

pomeranč,

pina

colada,

malina/citron

a mandarinka/broskev. Tyto výživné nápoje s obsahem biologicky velmi hodnotných syrovátkových bílkovin stimulují vyplavování látek, které zvyšují pocit sytosti a tím snižují chuť k jídlu. V roce 2005 získal nápoj „S-drink“ s příchutí pina colada ocenění jako nejlepší mlékárenský výrobek v ČR v kategorii speciality (TATARČÍKOVÁ, 2007). Firma ASP CZECH s.r.o., která se zaměřuje na výrobu a distribuci výrobků zdravé výživy, nabízí ve svém sortimentu výrobků sušený syrovátkový nápoj „Linie“. Nápoj kromě vyššího obsahu syrovátkových bílkovin obsahuje také L-karnitin, který napomáhá odbourávání tuků a snižuje únavu, ovesnou vlákninu, lecitin a všechny základní vitaminy a minerální látky. Vyrábí se v příchutích přírodní, ananas a čokoláda (ANONYM B, 2011). Kozí farma Ratibořice vyrábí syrovátkový nápoj „Sydora“, který obsahuje 60 % kozí BIO syrovátky a 40 % jablečného BIO moštu. Pravidelná konzumace kozí syrovátky zbavuje organismus škodlivých látek, spaluje tuk v podkoží a přispívá ke zdravé pleti. (ANONYM C, 2011). Instantní syrovátkový nápoj „Amálka BIO“, který obsahuje navíc lecitin a omega 3 a 6 nenasycené mastné kyseliny, nabízí na českém trhu společnost Aromatis. Nápoj neobsahuje žádné konzervační látky ani stabilizátory a je mimořádně vhodný i pro děti. Vyrábí se s příchutí vanilka, jahoda a banán (ANONYM D, 2011). 37

Syrovátkové nápoje mají dlouholetou tradici také v Rakousku. Široký sortiment nápojů ze syrovátky a ovocné šťávy pod názvem „Lattella“ nabízí rakouská mlékárna Tirol Milch. Mezi současné výrobky patří „Lattella classic“ vyráběné v 9 ovocných příchutích, „Lattella light“ bez cukru s příchutí mango a multivitamin a nápoj „Lattella*la“ s příchutí mango/jablko a malina/citron, který je určen pro malé děti (ANONYM E, 2008). Dlouhodobě úspěšný je švýcarský nápoj „Rivella“ do něhož je přidána L(+) mléčná kyselina vyrobená fermentací. Nápoj je ochucen ovocnými a bylinnými extrakty, cukrem nebo jinými sladidly a pro získání osvěžujícího charakteru je sycen oxidem uhličitým (SUKOVÁ, 2006). 3.5.3 Vyuţití syrovátky v mlékárenském průmyslu Technologické pokroky v produkci mléčných přísad na bázi syrovátky zlepšují jejich vhodnost pro uplatnění v mléčných výrobcích. Tradičně byly produkty ze syrovátky používány jako efektivní náhrada dražší mléčné složky. V současnosti se stále více klade důraz na jejich funkčnost (schopnost vázat vodu, rozpustnost ve vodě, zvýšení viskozity a emulgovatelnosti, senzorické vlastnosti) a schopnost dodávat mléčným potravinám vysokou přidanou hodnotu (ANONYM F, 2007). 3.5.3.1 Aplikace syrovátky do mléka a mléčných nápojů Na univerzitě Ohio byla prověřena možnost náhrady až 20 % mléka sladkou syrovátkou v nápojích s čokoládovou příchutí. Syrovátka neutralizovaná na pH 5,8 hydroxidem vápenatým byla smíchána s cukrem, stabilizátorem, kakaem, odstředěným mlékem a smetanou a směs byla 5 minut promíchávána. Poté byla provedena pasterace při 74 °C po dobu 30 sekund, dále homogenizace a nápoj byl 14 dní skladován při teplotě 4 °C. Vzorky s 10 a 20 % syrovátky byly senzoricky hodnoceny stejně jako kontrolní vzorky bez syrovátky (SUKOVÁ, 2003). Sušené neochucené mléko s přídavkem demineralizované syrovátky určené lidem nad 55 let vyvinula čínská firma Wandashan Dairy Drink. Výrobek má vysoký obsah vápníku a taurinu a nízký obsah cukru (SUKOVÁ, 2005).

38

3.5.3.2 Aplikace složek syrovátky do mražených krémů Ve výrobě většiny mražených krémů jsou mléčné složky nejdražšími surovinami. Proto se výrobci snaží, aby náklady na tyto suroviny byly co nejnižší při zachování co nejvyšší kvality výrobků. Náhrada sušeného mléka sušenou syrovátkou je limitována vysokým obsahem laktózy (75 %), kdy hrozí nebezpečí rekrystalizace v hotovém výrobku vzhledem k její nízké rozpustnosti. Často se používá WPC 35, který obsahuje asi 50 % laktózy a z tohoto hlediska odpovídá sušenému mléku. Velmi dobrou alternativou jsou výrobky ze syrovátky, ve kterých je část laktózy enzymově rozštěpena na glukózu a galaktózu. Tyto výrobky jsou lépe rozpustné, mají vyšší sladivost a nehrozí riziko rekrystalizace (SUKOVÁ, 2005). 3.5.3.3 Aplikace složek syrovátky do jogurtů V jogurtech se sušená syrovátka používá maximálně v množství 1 – 2 %. Častěji se využívají koncentráty syrovátkových bílkovin v množství 0,6 – 4 %, které zlepšují texturu a senzorické vlastnosti jogurtu (PARK et HAENLEIN, 2006). Náhrada sušeného odstředěného mléka sušenou syrovátkou v jogurtech je limitována nízkým obsahem bílkovin schopných vázat vodu. V sušené syrovátce je pouze 13 – 15 % syrovátkových bílkovin, zatímco sušené odstředěné mléko obsahuje 35 – 36 % bílkovin (kaseinových i syrovátkových). Vyšší přídavek sušené syrovátky může mít negativní vliv na konzistenci a pevnost jogurtu (CHANDAN et al., 2006). Syrovátkové bílkovinné koncentráty mají v jogurtech funkci stabilizátorů. Díky vysoké schopnosti vázat vodu umožňují snížit podíl odtučněného mléka, zlepšují konzistenci a snižují uvolňování syrovátky u jogurtu (SUKOVÁ, 2006). Běžně se používá WPC 34, který kromě svých funkčních vlastností poskytuje v jogurtech důležité živiny, zejména vysoce kvalitní syrovátkové bílkoviny a vápník. WPC 80 ve formě gelu, s nízkým obsahem laktózy, se používá při výrobě nízkokalorických jogurtů (CHANDAN et al., 2006). Také permeát z procesu ultrafiltrace může být po zahuštění použit jako laktózový koncentrát s 18 % sušiny v různých výrobcích. V případě jogurtů byl vhodný přídavek 2 % tohoto koncentrátu. Větší podíly je možno použít do sladkých dezertů (pudinků), přičemž se ušetří část odtučněného mléka (SUKOVÁ, 2006).

39

3.5.4 Vyuţití syrovátky v pekařském průmyslu Sušená syrovátka a její deriváty (včetně WPC, WPI a krystalické laktózy) mohou nahrazovat část mléka a dalších složek v pekařských produktech. Přídavek syrovátky zvyšuje nejen nutriční hodnotu výrobku, ale zlepšuje i některé další jakostní parametry. V pekárenské výrobě se sladká syrovátka běžně používá, zatímco u kyselé syrovátky je použití omezeno na kvas a podobné produkty, kde vyhovuje její chuťový a aromatický profil (SUKOVÁ, 2006). 3.5.4.1 Výhody aplikace složek syrovátky v pekárenské výrobě  Zvyšování obsahu bílkovin ve výrobcích Přídavkem syrovátky se ve výrobcích zvyšuje hladina bílkovin. Syrovátkové bílkoviny s poměrně vysokým obsahem lyzinu vhodně kompenzují nízký obsah této aminokyseliny v pšenici.  Zadržování vlhkosti Laktóza má příznivý vliv na zadržování vlhkosti a zlepšuje zpracovatelnost těsta. Kvasinkami je jen velmi pomalu štěpena a tak zůstává přítomna i během pečení. Společně s bílkovinami přispívá ke snížení rychlosti vysychání během stárnutí pečiva.  Zlepšení textury Syrovátkové bílkoviny mohou tvořit struktury (gely), které se působením tepla zhutňují a mohou tak zvyšovat sílu lepku. Ostatní syrovátkové složky texturu střídky změkčují. Laktóza způsobuje rychlejší nástup kynutí a lepší zadržování plynu.  Emulgování Vzhledem ke své emulgační schopnosti umožňují syrovátkové bílkoviny úsporu tuku v recepturách pečiva. Rovněž jsou neocenitelné pro výrobu polev a náplní a při povrchové dekoraci výrobků. Nativní a modifikované syrovátkové bílkoviny mohou být použity jako náhrada vaječného bílku.  Hnědnutí K hnědnutí

pekařských

výrobků

výrazně

přispívá

syrovátková

kombinace

laktóza/bílkovina, která bývá obzvláště ceněna u výrobků s nízkým obsahem cukru. Získaná zlatohnědá barva je stálá i u výrobků skladovaných v mrazírnách, které se ihned po rozmražení prodávají. Rovněž u chleba určeného k toustování v domácnostech se uplatňuje výhoda hnědého zbarvení.

40

 Uchovávání chuti a aromatu Náhrada fermentovatelných cukrů sušenou syrovátkou v recepturách na výrobky s krátkou dobou kynutí (např. těsta na pizzu) umožňuje zachování jak reziduální sladkosti výrobku, tak i jeho odpovídající hnědé zabarvení i po několika dnech. Pomalejší fermentací pomocí droždí se vytváří adekvátní chuť a aroma za současného prodloužení doby použitelnosti (SUKOVÁ, 2006). 3.5.4.2 Náhrada vajec v pekařských výrobcích Podobné vlastnosti syrovátkových a vaječných bílkovin jsou předpokladem k využití syrovátky jako náhrady vajec v potravinářských výrobcích (tvorba gelů, vaznost) k úpravě viskozity a textury (SUKOVÁ, 2006). V pekařských výrobcích (např. koláče, dorty), kde tvoří vejce důležitou část jejich struktury, mohou být koncentráty a izoláty syrovátkových bílkovin vhodnou alternativou. Nahrazením celých vajec, které obsahují asi 75 % vody a 12 % bílkovin (nebo sušených vajec s obsahem 46 % bílkovin), se musí provést změny v receptuře výrobku tak, aby množství bílkovin ve WPC a WPI odpovídalo množství vaječných bílkovin. Rovněž je potřeba dodat chybějící podíl vody (STOLIAR, 2009). Společnost Arla Food Ingredients vyvinula nový produkt „Nutrilac BK-7900“ obsahující syrovátkové bílkoviny s lepšími funkčními vlastnostmi, které umožňují úsporu až 30 % nákladů na tekutá vejce ve výrobě piškotových dortů. Bílkoviny „Nutrilac BK-7900“ přispívají k vytvoření velmi stabilního těsta a mohou množství vajec použité v receptuře výrobku snížit nebo úplně nahradit. „Nutrilac BK-7900“ může pomoci pekařům kompenzovat rostoucí náklady na vejce, která jsou ve výrobě piškotových dortů nejdražší komoditou (BYRNE, 2010). Česká firma ASP CZECH s.r.o. jako jediná v ČR nabízí výrobek „Vajahit“ obsahující sójovou bílkovinu, škrob, syrovátku, kukuřičnou mouku a lecitin. Výrobek je určen k náhradě vajec jako stálý pomocník do kuchyně. Oproti vejci má „Vajahit“ minimální množství cholesterolu, snižuje energetickou hodnotu jídel a je vhodný pro antisklerotickou dietu (ANONYM G, 2011). 3.5.5 Aplikace sloţek syrovátky do cereálních snacků S cílem zvýšit obsah bílkovin v obilných výrobcích z 2 % např. až na 20 % se již dříve aplikovaly syrovátkové bílkoviny do pufovaných snacků (z kukuřičné, ovesné či rýžové mouky, škrobu) koextruzí v dvojšnekovém extrudéru. Bylo zjištěno, že až 25 % 41

škrobu může být nahrazeno syrovátkovou bílkovinou za použití vysokých střižných sil, vysokých teplot (100 – 140 °C) a nízké vlhkosti (10 – 15 %), avšak za cenu menší expanze. Příčinou je, že syrovátková bílkovina váže vodu a nereaguje se škrobovou matricí. Navíc při použití teplot 80 – 150 °C dochází vlivem Maillardovy reakce ke zhoršení barvy snacků. Proto byl postup klasické extruze za vysokých teplot kombinován s dalšími technikami. Například použitím superkritického CO2 jako nadouvacího činidla se podařilo dosáhnout vyhovující expanze při teplotách pod 100 °C. Superkritickou fluidní extruzí (SCFX) bylo možno vyrobit snacky s obsahem 40 – 60 % koncentrátu syrovátkových bílkovin (WPC-34). Dalším pokrokem bylo použití koextrudovaného WPC s jedlým biopolymerem jakým je kukuřičný škrob bez SCFX. Směs k extruzi obsahovala např. 65 – 80 % škrobu a 20 – 35 % syrovátkových bílkovin s nízkou vlhkostí 10 – 15 % (SUKOVÁ, 2006). Rovněž při snaze o zvýšení přídavku vlákniny do extrudovaných snacků mohou pomoci ve funkci pojivové složky syrovátkové bílkoviny. Studie naznačují, že konzumace vlákniny může pomoci snížit riziko srdečních onemocnění, vysokého krevního tlaku, cukrovky a některých typů rakoviny. Doporučený denní příjem vlákniny je 20 až 35 g. Mnohé extrudované cereální výrobky (cereální snídaně, sýrové křupky či energetické tyčinky) obsahují méně než 2 % vlákniny, a to proto, že pouhý přídavek vlákniny k moučné směsi a aplikace vysokého tlaku a teplot se negativně projeví na textuře. Ve výzkumném pracovišti amerického ministerstva zemědělství (ARS) se podařilo zvýšit obsah vlákniny po přídavku mléčných bílkovin na více než 10 %, přičemž textura byla srovnatelná s výrobky neobohacenými vlákninou (ONWULATA, 2001). 3.5.6 Vyuţití syrovátky v masném průmyslu V masných výrobcích lze nahradit určitý podíl masa koncentrátem syrovátkových bílkovin s vodou. Sníží se tím obsah tuku a energie, zmenší se náklady a zachová se vaznost vody (vytváření gelu), vaznost tuku (šťavnatost) a obvyklá textura. Na univerzitě v Ohio byl úspěšně použit WPC 80 v kombinaci s vodou k náhradě tuku v párcích, kde 10 % celkové hmotnosti masa bylo nahrazeno 1 % WPC a 9 % vody. Párky měly ze senzorického hlediska příznivou chuť, vůni i texturu (SUKOVÁ, 2006). 42

3.5.6.1 Analogy masa Obvykle se náhražky masa vyrábějí extruzí texturovaných rostlinných bílkovin (např. směsi sojové mouky se škroby). Obdobně lze použít pro dosažení vláknité žvýkatelné struktury texturované syrovátkové bílkoviny. Ze směsi 80 % syrovátkového koncentrátu a 20 % kukuřičného škrobu lze pomocí termoplastické extruze a následného sušení vytvořit hrudky s vysokým obsahem bílkovin. Hrudky se podobají kouskům masa a mohou se přidávat k sóji nebo masu jako masná náhražka. Vaznost je podobná vaznosti hovězího masa. Přitom se tím může snížit množství tuku ve výrobcích při současném zachování textury a pocitu plnosti v ústech, který odpovídá tučným výrobkům. Na univerzitě v Utahu se podařilo připravit paštičky, ve kterých bylo 40 % masa nahrazeno texturovaným WPC 80 (60 – 80 %) s kukuřičným škrobem (20 – 40 %). Z hlediska senzoriky byly rovnocenné s masovými, přitom docházelo k menším ztrátám hmotnosti a velikosti výrobku i menším změnám tuhosti po tepelné úpravě (SUKOVÁ, 2006). 3.5.7 Vyuţití syrovátky ve výţivě kojenců Mateřské mléko je pro novorozence a kojence nejpřirozenějším zdrojem výživy. Zejména pro děti do 6 měsíců je to nejoptimálnější způsob stravy. Pokud však dítě ze závažných problémů nelze kojit, je nutno přistoupit k náhradní mléčné výživě. Její složení odpovídá potřebám a věku dítěte. Složení mateřského a kravského mléka je značně odlišné. Poměr syrovátkových a kaseinových bílkovin ve zralém mateřském mléce je asi 60:40, zatímco v kravském mléce je tento poměr 18:82 (nebo 20:80). V nezralém mateřském mléce na začátku laktace je poměr syrovátkových bílkovin ke kaseinovým dokonce 90:10 (LLOYD, 2002). Ze sérových bílkovin obsahuje mateřské mléko asi dvojnásobné množství alfalaktalbuminů než kravské mléko a neobsahuje žádné beta-laktoglobuliny. Zastoupení jednotlivých bílkovin v mateřském a kravském mléce ukazuje tabulka č. 5. Také obsah laktózy v ženském mléce je vyšší, v průměru činí asi 7 %. Proto je syrovátka cenným zdrojem laktózy a syrovátkových bílkovin, jejichž množství se má v adaptovaném mléce zvýšit (FORMAN et al., 1979).

43

Tab. 4: Složení bílkovinných frakcí v mateřském a kravském mléce (FORMAN et al., 1979). Bílkovinná frakce Kasein Syrovátkové bílkoviny  alfa-laktalbumin  beta-laktoglobulin  imunoglobuliny  různé bílkovinné substance

Mateřské mléko (g/1000 ml) 4 7 3,5 0 1 - 1,5

Kravské mléko (g/1000 ml) 28 6-8 1,8 3,7 0,5

2

1,3

Někdy se mléčná kojenecká výživa obohacuje o alfa-laktalbumin a laktoferin, aby se její složení ještě více přiblížilo složení mateřského mléka. Laktoferin reguluje metabolismus železa, působí preventivně v růstu patogenních mikroorganismů ve střevě a stimuluje imunitní systém. V mateřském mléce je jeho obsah asi dvacetkrát vyšší než v kravském mléce. Typické složení mléčné kojenecké výživy a nejčastěji používané přísady jsou uvedeny v tabulce č. 5. Výskyt alergií na mléčné bílkoviny u dětí nebývá častý, ale následky mohou být vážné a v některých případech i život ohrožující. Mezi příznaky alergie patří zvracení, průjem, gastrointestinální poruchy, nadměrný pláč, ekzém, úbytek hmotnosti a dokonce i anafylaktický šok. Intoleranci na mléčné bílkoviny lze účinně snížit použitím hydrolyzátů syrovátkových bílkovin (LLOYD, 2002). Tab. 5: Složení mléčné kojenecké výživy a často používané přísady (LLOYD, 2002). Ţiviny

%/100 g sušiny

Bílkoviny

10 - 15

Tuky

22 - 28

Sacharidy

52 - 57

Minerální látky a stopové prvky, aminokyseliny Vitamíny, ostatní

3-5 4

Často pouţívané ingredience  Sušené odstředěné mléko a WPC  Sušené odstředěné mléko a demineralizovaná syrovátka Směsi rostlinných tuků  Laktóza  Laktóza a maltodextrin  Modifikované škroby a sacharóza Minerální látky a stopové prvky v různé formě a z různých zdrojů, aminokyseliny Vitamíny, prebiotika, laktoferrin

44

3.5.8 Fólie ze syrovátky Bílkoviny syrovátky jsou schopné vytvářet po nalití do vodného roztoku pružnou transparentní fólii, která má jiné mechanické a bariérové vlastnosti než fólie na bázi polysacharidů. Díky těmto vlastnostem (zejména rozpustnost ve vodě, schopnost působit jako emulgátory, propustnost pro různé plyny a kapaliny) jsou dány široké možnosti jejich použití. Jedlé fólie mohou být například vyrobeny se sekanými oříšky či kandovaným ovocem, přičemž syrovátkové bílkoviny dodávají výrobkům nutriční hodnotu. Nebo mohou být vzhledem ke svým bariérovým vlastnostem používány jako povlaky či obaly potravin za účelem prodloužení údržnosti a zlepšení kvality. Kromě toho mohou fólie ze syrovátkových bílkovin účinněji nahrazovat dražší polymerové membrány v procesu ultrafiltrace a mikrofiltrace (SUKOVÁ, 2006).

45

3.6 Vyuţití syrovátky ke krmným účelům Syrovátka se může zkrmovat buď v původním tekutém stavu, nebo bývá složkou tekutých krmných směsí sestavených podle různých receptur. V těchto směsích se obohacuje odstředěným mlékem, bramborovými vločkami, jadrnými krmivy, vitamíny, minerálními látkami, aj. Častěji se ale dává přednost sušené syrovátce nebo jejím složkám. Zejména ve výživě selat a telat v nejranějším období odstavu se sušená syrovátka přidává k mléčným krmným směsím. Dříve se syrovátka používala hlavně jako glycidové (cukerné) krmivo. Přeměnou glycidů na biomasu zkvašováním vhodnou mikrobiální kulturou (kvasinkovou, plísňovou i bakteriální) lze získat krmivo bohaté na bílkoviny. Hlavní složkou drožďované syrovátky je kvasničná biomasa – syrovátkové kvasnice, které se svým složením příliš neliší od krmného, pekařského a pivovarského droždí. Kvasničná bílkovina se svojí hodnotou velmi blíží bílkovině živočišné. Svojí biologickou hodnotou se řadí hned za bílkovinu mléčnou o biologické hodnotě 85 – 95. V důsledku příznivého složení a obsahu aminokyselin (zejména esenciálních) má kvasničná bílkovina vysokou stravitelnost, což je ve výkrmu a chovu zvířat rozhodující. Vedle plnohodnotných bílkovin obsahuje dále syrovátkové droždí glycidy, které tvoří asi jednu třetinu kvasničné hmoty, 3 – 10 % minerálních látek a významný je i obsah vitamínů, které rovněž rozhodují o hodnotě krmiva. Z hlediska přítomnosti různých vitamínů (zejména skupiny B) předčí syrovátkové droždí ostatní živočišná krmiva. Proto je důležitým doplňkem krmných dávek pro mladá zvířata, prasata, drůbež nebo dojnice. Vysoká hodnota drožďované syrovátky nespočívá jen v obsažené kvasničné biomase, ale syrovátka sama obsahuje kromě laktózy další cenné součásti. Jsou to především dobře stravitelné syrovátkové bílkoviny, minerální látky (většinou fosfáty a citráty vápníku, sodíku a draslíku) a vitamíny. Zvláště hodnotné jsou pak vitamíny skupiny B. Vysoký obsah vitamínu B2 pomáhá výrazně při drožďování syrovátky i zkrmování cukerných krmiv a významně zlepšuje celkové využití krmiv. Vitamín B12 je nezbytný pro normální růst a reprodukci zvířat. Navíc je důležitou součástí živočišného bílkovinného faktoru, který má mj. příznivý vliv na využití rostlinných bílkovin v krmivech. To také vysvětluje příznivý specifický účinek syrovátky ve výkrmu hospodářských zvířat, především vepřů (FORMAN et al., 1979).

46

3.7 Vyuţití syrovátky ve farmaceutickém průmyslu O možnostech využití syrovátky pro léčebné účely existují historické zmínky. Již Hippokrates chválil zdravotní přínos syrovátky. V Evropě ve středověku byla syrovátka považována nejen jako lék, ale také jako afrodiziakum. V sedmnáctém a osmnáctém století byl v tzv. „syrovátkových domech“ velmi populární syrovátkový nápoj, který byl určen pro pacienty trpícími žaludečními chorobami. V devatenáctém století se staly velmi oblíbené syrovátkové lázně. Syrovátkové bílkoviny jsou výborným zdrojem esenciálních aminokyselin a aminokyselin s rozvětveným řetězcem (leucin, isoleucin a valin, označované jako BCAA = Branched Chain Amino Acids). Obsahují také vyvážený poměr sirných aminokyselin (cystein a methionin). Díky svým specifickým biologickým vlastnostem jsou syrovátkové bílkoviny potenciální složky farmaceutických výrobků. Biologické složky

syrovátky

včetně

laktoferinu,

beta-laktoglobulinu,

alfa-laktalbuminu,

glykomakropeptidů a imunoglogulinů přináší řadu příznivých zdravotních vlivů, především zvyšování imunity, regulace hypertenze, antioxidační, hypolipidemické, antibakteriální a protirakovinné účinky. Mnoho klinických studií také informuje o úspěšném

použití

syrovátky

v léčbě

rakoviny,

HIV,

hepatitidy

typu

B,

kardiovaskulárních chorob, osteoporózy a dalších onemocnění (FANUN, 2010). 3.7.1 Význam syrovátkových bílkovin ve farmacii 3.7.1.1 Imunitní systém a chronické choroby Schopnost organismu odolávat řadě onemocnění závisí na síle imunitního systému. Bioaktivní složky syrovátky (alfa-laktalbumin, beta-laktoglobulin, imunoglobuliny, laktoferin a glykomakropeptidy) výrazně přispívají ke zvyšování imunity. Ačkoliv jejich mechanismus působení v imunitní ochraně není přesně znán, předpokládá se, že syrovátkové bílkoviny stimulují syntézu glutationu ve tkáních a vytvářejí zásoby svalového glutaminu. Glutation je hlavní intracelulární antioxidant, který reguluje mnohé aspekty imunitních funkcí. Glutamin je základní pohonná hmota imunitního systému. Laktoferin má významnou antivirovou aktivitu proti viru HIV (Human Immunodeficiency Virus), proti herpes virům a viru hepatitidy typu C (FANUN, 2010).

47

3.7.1.2 Kardiovaskulární choroby Hypertenze (vysoký krevní tlak) je rizikovým faktorem ve vývoji řady kardiovaskulárních onemocnění. Účinné bioaktivní peptidy syrovátky mohou chránit proti vysokému krevnímu tlaku inhibicí angiotenzin konvertujícího enzymu (ACE = Angiotensin-converting enzyme) a dále aktivitami podobnými působení opiátů. Tyto účinky mají především laktokininy vytvořené z alfa-laktalbuminu a beta-laktoglibulinu. Jiné bioaktivní peptidy odvozené od laktoferinu a glykomakropeptidů omezují srážení krevních destiček (prevence trombózy) a snižují hladinu cholesterolu v krvi (FANUN, 2010). 3.7.1.3 Gastrointestinální trakt Syrovátkové bílkoviny vykazují antibakteriální, antivirové, a protiplísňové účinky, což může mít terapeutickou hodnotu proti mnohým infekčním onemocněním trávicího traktu. Některé syrovátkové bílkoviny se dostávají po přežití průchodu žaludkem a tenkým

střevem

až

do

tlustého

střeva,

kde

vykazují

biologický

efekt.

Glykomakropeptidy (GMP) podporují ve střevech růst bifidobakterií a také mohou zabraňovat adhezi Helicobacter pylori a rotavirů na buněčné membrány tím, že se váží na jejich vazebná místa na receptorech. Laktoferin podporuje růst bifidobakterií i laktobacilů a snižuje hustotu kolonií H. pylori (FANUN, 2010). 3.7.1.4 Protirakovinné účinky Bylo zjištěno, že syrovátkové bílkoviny inhibují růst nádorových buněk a po dobu chemoterapeutické léčby chrání zdravé buňky. Některé studie ukázaly dokonce výraznou regresi ve velikosti nádorů (při denním příjmu 30 g WPC). Tyto účinky jsou dány schopností syrovátkových bílkovin odčerpávat z rakovinových buněk glutation, přičemž zvyšují nebo alespoň udržují hladinu glutationu na původní hodnotě ve zdravých buňkách (SUKOVÁ, 2006). 3.7.2 Význam laktózy ve farmacii Ve farmacii se laktóza používá především jako plnivo při výrobě tablet, želatinových kapslí a léčiv podávaných inhalačně, vzhledem k její nízké sladivosti, vysoké čistotě a bezpečnosti. Farmaceutická laktóza se získává rafinací laktózy potravinářské, která se znovu rozpustí v čisté vodě a zbavuje se nečistot (riboflavin, různé bílkoviny, kyselina mléčná) pomocí absorpčních a filtračních metod. Poté 48

následuje rekrystalizace, oddělení krystalů od matečného louhu, jejich promývání a sušení. Rozdílným řízením procesu se získá monohydrát alfa-laktózy, anhydrid laktózy nebo sprejově sušená laktóza. Monohydrát alfa-laktózy se nejčastěji uplatňuje jako plnící prostředek v tabletách, ale může být také jemně mlet na laktózu, která se používá při výrobě inhalačních lékových forem. Zde slouží laktóza jako nosič pro mikronizované částice léčivé látky, aby se mohly dostat až do plic. (McSWEENEY et FOX, 2009).

49

3.8 Vyuţití syrovátky v kosmetickém průmyslu Mléko a produkty z mléka jsou používány v kosmetických aplikacích pečujících o pleť už stovky let. Syrovátkové bílkoviny nahrazují v krémech a šampónech pro citlivou pokožku syntetické povrchově aktivní látky, vzhledem k jejich přírodnímu původu a funkčním vlastnostem (rozpustnost, zvyšování viskozity, koheze a adheze, emulgační vlastnosti, vaznost vody, tvorba pěny, vytváření gelu a kondicionační efekt na vlasy). Tyto vlastnosti jsou velmi atraktivní v kosmetickém průmyslu a také podle mínění zákazníků jsou přírodní látky velmi populární v moderních kosmetických výrobcích. Syrovátka může být hlavní součástí řady kosmetických výrobků, jako jsou mýdla, tělová mléka, sprchové gely, pěny do koupele a také prací prostředky. V šampónech je syrovátka cenným zdrojem bílkovin a minerálních látek. Kromě toho má pozitivní vliv na schopnost pěnění a konzistenci. Kyselá syrovátka je vhodnější složkou šampónů než sladká díky vyššímu obsahu kyseliny mléčné a tím i příznivějšímu pH pro pokožku. V kosmetických výrobcích syrovátkové složky udržují a zlepšují stav pokožky a vlasů. Specifické frakce syrovátkových bílkovin (alfa-laktalbumin, beta-laktoglobulin) poskytují pokožce hydrataci a bojují proti vráskám. Antibakteriální vlastnosti laktoferinu jsou využívány v přípravcích proti akné. V kombinaci s dalšími látkami zvyšujícími antibakteriální vlastnosti slin (enzymy lysozym a laktoperoxidáza) bývá laktoferin součástí zubních past, ústních vod a žvýkaček (FANUN, 2010).

50

4 ZÁVĚR Syrovátka již není málo ceněná surovina jako kdysi. Její využití se posouvá od užití v krmivářství k užití v lidské výživě. Jestliže se v EU v roce 1970 využilo pro lidskou výživu jen 5 % vyrobené syrovátky a ke krmení 95 %, tak v roce 2000 byl tento poměr 50:50. Předpokládá se, že v roce 2010 se pro lidskou výživu použije 70 % vyrobené syrovátky. Hlavní zásluhu na tom má výzkum výživově-fyziologických a funkčních vlastností složek syrovátky. Syrovátka obsahuje mnoho kvalitních, lehce stravitelných bílkovin, které obsahují všechny esenciální aminokyseliny ve vyváženém poměru, včetně aminokyselin s rozvětveným řetězcem (leucin, izoleucin a valin), potřebných pro udržování svalové hmoty. Dále obsahuje mléčný cukr, minerály jako vápník, hořčík, fosfor, draslík, sodík, zinek, vitamíny (B1, B2, B6, B12, E a C) a některé tělu prospěšné kyseliny, jako je kyselina listová a pantotenová. Vysoký obsah B vitamínů a vápníku má pozitivní vliv na stavbu kostí a zubů. Účinky syrovátky jsou mnohostranné. Při vnitřním užití působí detoxikačně a podporuje činnost ledvin, příznivě upravuje metabolismus, kladně ovlivňuje činnost střev a obnovuje střevní flóru. Má vliv na snížení hladiny cholesterolu v krvi, reguluje hmotnost, vysoký krevní tlak, zvyšuje imunitu, zlepšuje svalové funkce, zvyšuje fyzickou sílu a má protirakovinné a antioxidační účinky. Při vnějším užívání má syrovátka protizánětlivé účinky, proto je vhodná pro citlivou pleť. Reguluje pH, napíná pokožku, prokrvuje ji a vyhlazuje. Je nepochybné, že výzkum nutričních a funkčních vlastností složek syrovátky bude i nadále pokračovat. V souvislosti s tím bude pokračovat vývoj nových separačních metod, za účelem získání cenných složek, a také vývoj postupů pro další úpravu separovaných složek z důvodu rozšíření spektra funkčních vlastností. Některé z těchto poznatků mohou být objasněny a další objeveny třeba už na 6. mezinárodní konferenci o syrovátce, která se uskuteční v září 2011 v Chicagu pod heslem „Síla syrovátky“ (The Power of Whey).

51

5 LITERATURA ANONYM A, 2008: The World Market for Whey and Lactose Products 2006 – 2010: From commodities to value added ingredients. [online], vytvořeno: 8.2.2008, [citováno 2010-12-26]. Dostupné

na:

http://www.3abc.dk/Article%20-

%20EDM%20European%20Dairy%20Magazine%20February%202008.pdf. ANONYM B, 2011: Syrovátkový nápoj Linie. [online], aktualizováno: 25.4.2011, [citováno 2011-04-26]. Dostupné na: http://www.aspczech.cz/page/1771.linie-syrovatka/.

ANONYM C, 2011: Sydora, nápoj z kozí syrovátky. [online], aktualizováno: 20.4.2011, [citováno 2011-04-21]. Dostupné na: http://www.kozimleko.cz/33/sydora-syrovatkovynapoj. ANONYM D, 2011: Syrovátkový nápoj Amálka BIO. [online], aktualizováno: 25.4.2011, [citováno

2011-04-25].

Dostupné

na:

http://www.aromatis.cz/cz/amalka-

bio/syrovatka/syrovatkove-napoje/amalka-bio-s-prichuti.html. ANONYM E, 2008: Syrovátkový nápoj Lattella. [online], aktualizováno: 29.7.2008, [citováno 2011-04-11]. Dostupné na: http://www.lattella.at/englisch/

ANONYM F, 2007: Reference Manual for U.S. Whey and Lactose Products. [online], USA: U.S. Dairy Export Council, [citováno 2011-03-29]. Dostupné na: http://usdec.files.cmsplus.com/PDFs/2008ReferenceManuals/Whey_Lactose_Reference_Manual_Complete2_Optimi zed.pdf. ANONYM G, 2011: Vajahit - náhrada vajíček bez cholesterolu. [online], aktualizováno: 25.4.2011, [citováno 2011-03-25]. Dostupné na: http://www.aspczech.cz/page/1776.nahradavajec/.

BAILEY, K.W., 1997: Marketing and pricing of milk and dairy products in the United States. 1. vyd., Iowa State University Press, United States, 281s., ISBN 0-8138-2750-7.

BRENNAN, J.G., 2006: Food processing handbook. Weinheim: Wiley-VCH, 582s.

52

BRITZ, T.J., ROBINSON, R.K., 2008: Advanced dairy science and technology. Blackwell Publishing Ltd., Oxford, 300s.

BYRNE, J., 2010: Reformulated whey protein is effective egg replacer, says Arla. [online], vydáno:

8.2.2010,

(zdroj:

Foodnavigator),

[citováno

2011-03-25].

Dostupné

na:

http://www.foodnavigator.com/Financial-Industry/Reformulated-whey-protein-is-effective-eggreplacer-says-Arla.

EARLY, R., 1998: The technology of dairy products. 2. vyd., Thomson Science, London, 446s., ISBN 0 7514 0344 X.

EL-SHORA,

H.M.,

METWALLY,

M.A.A.,

2008:

Production,

purification

and

characterisation of proteases from whey by some fungi. [online], Annals of Microbiology, 2008, 58,

3

,

495

–

502,

[citace

2010-12-11].

Dostupné

na:

http://apps.isiknowledge.com/summary.do?qid=1&product=WOS&SID=P18I9l3ECoLF35A1c 9L&search_mode=GeneralSearch.

FANUN, M., 2010: Colloids in Biotechnology. CRC Press, USA, 547s. FORMAN, L. a kol., 1996: Mlékárenská technologie II. VŠCHT v Praze, 217s., ISBN 80-7080250-2. FORMAN, L., MERGL, M. a kol., 1979: Syrovátka - její užití v lidské výživě a ve výživě zvířat. Praha: VÚPP, 343s.

FOX, P.F., 1997: Advanced Dairy Chemistry: Lactose, water, salts and vitamins. 2. vyd., Chapman and Hall, London, 536s., ISBN 0 412 63020 6. HOLEC, J. a kol., 1989: Hygiena a technologie mléka a mléčných výrobků. SPN, Praha, 362s., ISBN 80-85114-60-7.

CHANDAN, R.C. et al., 2006: Manufacturing jogurt and fermented milks. Blackwell Publishing, USA, 364s.

CHANDAN, R.C., KILARA, A., SHAH, N.P., 2008: Dairy processing and quality assurance. Wiley-Blackwell, USA, 586s.

53

JELEN, P., 2001: Technologické pokroky ve výrobě syrovátkových sýrů, s. 42 – 46. In: Celostátní přehlídky sýrů 2001. Česká společnost chemická, Praha, 158s.

JULIEN, J.P., 1985: Dairy science and technology: principles and applications. La Fondation de technologie laitiere du Quebec, Canada, 518s.

KLEIBEUKER, J., 2006: Whey in animal nutrition, A valuable ingredient. [online], European Whey

Products

Association,

Belgium,

[citováno

Dostupné

2010-12-11].

na:

http://euromilk.org/ewpa/publications2.aspx?cid=189. KVASNIČKOVÁ, 3.11.2005

A., 2005:

[citováno

Frakcionace kyselé syrovátky. [online], čl. 40713, vydáno: 2010-12-28].

Dostupné

na:

http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=0&typ=1&val=40713&ids=0. LLOYD, B.B., 2002: U.S. whey products and child nutrition. [online], vytvořeno: 16.7.2002, Applications monograph child nutrition, USA: U.S. Dairy Export Council, [citováno 2011-0327].

Dostupné

na:

http://www.usdec.org/files/PDFs/2008Monographs/WheyChildNutrtion_English.pdf. LUKÁŠOVÁ, J., HOLEC, J., RYŠÁNEK, D., OSTRÝ, V., 1999: Hygiena a technologie produkce mléka. VFU Brno, 101s., ISBN 80-85114-53-4. McNALLY, A., 2007: A probiotic concept for whey drinks from Chr Hansen. [online], vydáno: 7.12.2007, [citováno 2011-03-20]. Dostupné na: http://www.foodnavigator.com/FinancialIndustry/Probiotic-whey-shots-from-Chr-Hansen.

McSWEENEY, P.L.H., FOX, P.F., 2009: Advanced Dairy Chemistry: Volume 3: Lactose, Water, Salts and Minor Constituents. Springer Science + Business Media, LLC, New York, 778s.

MIELENZ, J.R., KLASSON, K.T., ADNEY, W.S., McMILLAN J.D., 2008: Biotechnology for fuels and chemicals: the twenty-ninth symposium. Humana Press Inc., United States, 812s.

NAJAFPOUR, G.D., 2007: Biochemical engineering and biotechnology. 1. vyd., Elsevier, Amsterdam, 421s.

54

ONWULATA, CH.I., 2001: Packing snach with fiber. [online],

[citováno 2011-03-24].

Dostupné na: http://www.ars.usda.gov/is/np/fnrb/fnrb1001.htm#packing.

OREOPOULOU, V., RUSS, W., 2007: Utilization of by-products and treatment of waste in the food industry. Springer Science + Business Media, LLC, New York, 316s.

PARK, Y.W., HAENLEIN, F.W., 2006: Handbook of milk of non-bovine mammals. Blackwell Publishing, USA, 449s.

PORTEOUS, A., 2008: Dictionary of environmental science and technology. 4. vyd., John Wiley and Sons Ltd, England, 794s.

ROBINSON, R.K., 2002: Dairy microbiology handbook. 3. vyd., John Wiley and Sons, Inc., New York, 765s.

SMITH, J., CHARTER, E., 2010: Functional Food Product Development. Wiley-Blackwell, United Kingdom, 528s. SUKOVÁ, I., 2003: Kyselá syrovátka jako složka nápojů s čokoládovou příchutí. [online], čl. 18424,

vydáno:

24.9.2003,

[citováno

2011-03-15].

Dostupné

na:

http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=0&typ=1&val=18424&ids=0. SUKOVÁ, I., 2005: Nové mléčné výrobky ve světě. [online], čl. 38402, vydáno: 9.8.2005, (Dairy

Ind.

Int.,

2005,

č.

6,

s.

12),

[citováno

2011-03-24].

Dostupné

na:

http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=0&typ=1&val=38402&ids=0. SUKOVÁ, I., 2005: Mléčné složky ve výrobě mražených krémů. [online], čl. 39599, vydáno: 20.9.2005, (Dtsch. Milchwirtschaft, 56, 2005, č. 16, s. 679), [citováno 2011-03-24]. Dostupné

na: http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=0&typ=1&val=39599&ids=0. SUKOVÁ, I., 2006: Syrovátka v potravinářství. Informační přehled ÚZPI, Praha, 60s., ISBN 80-72-71-173-3.

55

SUKOVÁ, I., 2007: Postupy APV a Tetra Pak pro mikropartikulaci syrovátky. [online],

čl. 56138, vydáno: 15.2.2007, (Dtsch. Milchwirtischaft, 57, 2006, č. 23, s. 940), [citováno Dostupné

2011-03-16].

na:

http://www.agronavigator.cz/default.asp?ids=154&ch=13&typ=1&val=56138. SUKOVÁ, I., 2009: Využití laktózy po efektivní enzymatické přeměně. [online], čl. 92229, vydáno:

23.6.2009,

[citováno

2011-03-20].

Dostupné

na:

http://www.agronavigator.cz/default.asp?ids=153&ch=13&typ=1&val=92229. STOLIAR, M., 2009: U.S. whey ingredients in bakery products. [online], vytvořeno: 18.2.2009, Applications monograph bakery, USA: U.S. Dairy Export Council, [citováno 2011-03-25].

Dostupné

na:

http://usdec.files.cms-

plus.com/PDFs/2008Monographs/Bakery%20Monograph%202008.pdf.

STRAATHOF, A.J.J., ADLERCREUTZ, P., 2000: Applied biocatalysis. 2. vyd., Harwood Academic Publishers, Amsterdam, 443s., ISBN 0-203-30563-9. STRØMSNES, J., 2003: Norský hnědý sýr Brunost. [online], vydáno: 1.11.2003, [citováno 2011-03-18]. Dostupné na: http://www.severskelisty.cz/tradice/trad0041.htm. ŠIMAN, J., 1950: Zužitkování syrovátky: možnosti použití syrovátky. Praha, Průmyslové vydavatelství, 115s. TATARČÍKOVÁ, L., 2007: Syrovátkové nápoje „S-drink“. [online], vydáno: 19.3.2007, [citováno 2011-03-19]. Dostupné na: http://www.naschov.cz/@AGRO/informacni-servis/Imale-mlekarny-mohou-konkurovat__s485x27355.html.

VARNAM, A.H., SUTHERLAND J.P., 2001: Milk and Milk Products. Technology, Chemistry and Microbiology. Maryland: Aspen Publishers, 451s., ISBN 0-8342-1955-7.

WAINWRIGHT, M., 1999: An introduction to environmental biotechnology. Kluwer Academic Publishers, USA, 171s.

WARD, L.S., 2008: Advances in nutrition and health: Whey proteins. Nutrition and Food Science, Minnesota, 72s., ISBN 978-0-557-01438-5.

56

WIT, J.N., 2000: Lecturer´s Handbook on whey and whey products. [online], European Whey Products

Association,

Belgium,

[citováno

2010-12-27].

Dostupné

na:

http://euromilk.org/ewpa/publications2.aspx?cid=189. ZIMÁK, E., 1991: Mliekarska technológia pre 3. ročník strednej priemyselnej školy potravinárskej, odbor spracovanie mlieka. 2. vyd., Alfa, Bratislava, 355s. ISBN 80-05-00682-9.

57

6 SEZNAM ZKRATEK tzv.

takzvaný

aj.

a jiné

např.

například

MF

Mikrofiltrace

UF

Ultrafiltrace

NF

Nanofiltrace

RO

Reverzní osmóza

DMI

Dairy Management Inc.

ALA

Alfa-laktalbumin

MP

Mikropartikulace

WPC

Koncentrát syrovátkových bílkovin

WPI

Izolát syrovátkových bílkovin

WPH

Hydrolyzát syrovátkových bílkovin

GOS

Galaktooligosacharidy

GI

Glykemický index

LBA

Lactobionic Acid

SCFX

Superkritická fluidní extruze

ARS

Americké ministerstvo zemědělství

BCAA Brached Chain Amino Acids HIV

Human Immunodeficiency Virus

ACE

Angiotensin-converting Enzyme

GMP

Glykomakropeptidy

58