Молочна сироватка

Моло́чна сиро́ватка — рідкий молочний продукт, що залишається після відокремлення згустку під час виробництва сиру, кисломолочного сиру, казеїну та деяких інших молочних продуктів. Вона складається переважно з води й містить значну частину лактози, водорозчинних сироваткових білків, мінеральних речовин та інших компонентів молока.^[1][2]

За способом коагуляції молока розрізняють переважно солодку й кислу сироватку. Солодку отримують головним чином після сичужного згортання молока під час виробництва більшості твердих і напівтвердих сирів, а кислу — після кислотної або молочнокислої коагуляції, наприклад під час виробництва кисломолочного сиру чи кислотного казеїну.^[1][3]

Сучасна молочна промисловість розглядає сироватку не як відхід, а як цінну вторинну молочну сировину, з якої виробляють суху сироватку, лактозу, концентрати й ізоляти сироваткового білка, демінералізовані інгредієнти, напої та інші харчові продукти.^[4]

Під час виготовлення сиру казеїнові білки молока утворюють згусток, у якому концентруються казеїн і значна частина молочного жиру. Рідка фаза, що відділяється від згустку, є молочною сироваткою.

Залежно від виду молока та технології сироваріння сироватка становить приблизно 85—95 % початкового об'єму молока й утримує значну частину його водорозчинних компонентів.^[3]

До неї переходять:

• більша частина лактози;
• сироваткові білки;
• частина мінеральних солей;
• водорозчинні вітаміни;
• невелика кількість молочного жиру;
• органічні кислоти та інші низькомолекулярні компоненти.

Точний склад залежить від виду молока, технології коагуляції, типу сиру, температури, pH, застосованих заквасок і способу оброблення.^[3]

Солодку сироватку отримують переважно під час виробництва сирів із використанням сичужних або інших молокозсідальних ферментів.

Її pH зазвичай становить приблизно 5,8—6,6.^[2]

Вона містить відносно мало молочної кислоти й характеризується високим вмістом лактози.

Солодка сироватка є основною сировиною для промислового виробництва:

• сухої сироватки;
• сироваткових білкових концентратів;
• сироваткових білкових ізолятів;
• лактози;
• демінералізованих молочних інгредієнтів.

Кислу сироватку отримують після кислотного згортання молока — внаслідок діяльності молочнокислих бактерій або додавання кислот.

Вона має нижчий pH, зазвичай близько 4,3—5,0, і містить більше молочної кислоти та частини мінеральних речовин, зокрема кальцію й фосфатів, які переходять із казеїнової міцели під час підкислення.^[3]

До цієї категорії належить, зокрема, сироватка від виробництва:

• кисломолочного сиру;
• кислотного казеїну;
• частини свіжих сирів.

Кисла й солодка сироватка мають різний склад і технологічні властивості, тому не є повністю взаємозамінними в промисловій переробці.

Свіжа молочна сироватка зазвичай містить приблизно 93—94 % води та близько 6—7 % сухих речовин.^[2]

Типовий склад коров'ячої сирної сироватки:

^[3]

Ці значення є орієнтовними: склад значно залежить від виду молока й технології продукту, з якого отримано сироватку.

Твердження, що солодка сироватка завжди «поживніша» за кислу, є надмірним спрощенням: вони відрізняються передусім кислотністю, мінеральним складом і технологічними властивостями.

Сироватковими називають білки молока, які залишаються розчиненими після осадження казеїну.

Основними сироватковими білками коров'ячого молока є:

• β-лактоглобулін;
• α-лактальбумін;
• сироватковий альбумін;
• імуноглобуліни;
• лактоферин;
• лактопероксидаза та інші мінорні білки.^[5]

β-лактоглобулін зазвичай є основною білковою фракцією коров'ячої сироватки, а α-лактальбумін — другою за кількістю.^[6]

Співвідношення білкових фракцій залежить від виду тварини й технологічних умов.

Найбільшу частину сухих речовин сироватки зазвичай становить лактоза.

У солодкій сирній сироватці її концентрація часто становить приблизно 4,5—5,2 %.^[3]

Після відділення білків ультрафільтрацією лактоза залишається переважно в пермеаті. Його можна:

• концентрувати;
• демінералізувати;
• кристалізувати;
• використовувати для промислового виробництва харчової лактози.

Лактозу із сироватки застосовують у харчовій промисловості, фармацевтичному виробництві та як компонент деяких молочних сумішей.

Сироватка містить калій, кальцій, фосфор, натрій, магній, хлориди та інші мінеральні компоненти.

Мінеральний склад особливо залежить від способу коагуляції.

У кислій сироватці частка кальцію й фосфатів часто вища, ніж у солодкій, оскільки при зниженні pH частина колоїдного фосфату кальцію переходить із казеїнової міцели в розчинну фазу.^[3]

Через це кисла сироватка може бути технологічно складнішою для подальшого концентрування й мембранної переробки.

Сучасна переробка сироватки може включати:

• сепарування залишкового жиру;
• пастеризацію;
• ультрафільтрацію;
• мікрофільтрацію;
• нанофільтрацію;
• зворотний осмос;
• діафільтрацію;
• електродіаліз;
• випарювання;
• кристалізацію лактози;
• розпилювальне сушіння.

Мембранні технології дають змогу розділяти основні компоненти сироватки без їхнього інтенсивного термічного оброблення.^[7]

Концентрат сироваткового білка (англ. whey protein concentrate, WPC) отримують переважно шляхом ультрафільтрації сироватки.

Мембрана затримує значну частину білків, тоді як вода, лактоза та частина мінеральних речовин переходять у пермеат.^[5]

Після концентрування білкову фракцію зазвичай висушують розпилювальним способом.

WPC може містити різну кількість білка залежно від ступеня концентрування. Поширеними промисловими категоріями є, наприклад, WPC35 та WPC80.

Тому твердження, що концентрат сироваткового білка завжди містить 72—82 % білка, є некоректним: концентрація залежить від типу продукту й технології.

Ізолят сироваткового білка (англ. whey protein isolate, WPI) є більш очищеною білковою фракцією.

Зазвичай він містить понад 90 % білка в сухій речовині та значно менші кількості лактози, жиру й мінеральних речовин, ніж звичайні концентрати.^[3]

Для отримання WPI застосовують комбінації:

• ультрафільтрації;
• діафільтрації;
• мікрофільтрації;
• іонообмінних та інших технологій очищення.

Сучасні дослідження показують, що під час мембранного розділення білки, жири й мінеральні компоненти розподіляються між ретентатом і пермеатом неоднаково, що дозволяє керувати складом кінцевого продукту.^[8]

Рідку сироватку можна концентрувати випарюванням, а потім висушувати, переважно методом розпилювального сушіння.

Codex Alimentarius окремо стандартизує:

• whey powder — суху солодку сироватку;
• acid whey powder — суху кислу сироватку.^[1]

Для звичайної сухої сироватки стандарт Codex установлює, зокрема:

• вміст води — не більше 5 %;
• молочного білка — не менше 10 %;
• нормативний орієнтир для лактози — близько 61 %;
• максимальний уміст золи — 9,5 %.^[1]

Склад сухої кислої сироватки відрізняється через більший вміст мінеральних речовин і органічних кислот.

Сироватку та продукти її перероблення використовують у:

• молочних напоях;
• кондитерських виробах;
• хлібопеченні;
• морозиві;
• соусах;
• м'ясних продуктах;
• готових харчових сумішах;
• дитячих молочних продуктах;
• продуктах спортивного харчування.

Сироваткові білки мають технологічні властивості, що дозволяють використовувати їх як:

• емульгатори;
• піноутворювачі;
• гелеутворювачі;
• водозв'язувальні компоненти.^[5]

Сироватку також використовують для виробництва сироваткових сирів, зокрема рикоти, де білки осаджують шляхом нагрівання та, за потреби, підкислення.^[3]

^[9]

WPC та WPI широко використовують як білкові інгредієнти у спортивному харчуванні.

Однак поняття молочна сироватка і сироватковий білок не є синонімами. Рідка сироватка містить лише близько 0,6—1 % білка, тоді як WPC і WPI є продуктами технологічного концентрування та очищення білкової фракції.

Тому порошковий WPI або WPC не є просто висушеною рідкою сироваткою.

Сироваткові білки є відносно чутливими до нагрівання.

При підвищених температурах β-лактоглобулін та інші білки можуть:

• денатурувати;
• агрегувати;
• взаємодіяти між собою;
• змінювати розчинність і функціональні властивості.

Ступінь цих змін залежить від температури, pH, концентрації білка, вмісту солей та тривалості нагрівання.

Саме тому режими пастеризації й сушіння мають велике значення при виробництві WPC і WPI.^[5]

Історично молочну сироватку часто вважали відходом сироваріння.

Однак через високий вміст лактози та інших органічних речовин скидання необробленої сироватки у водойми створює значне органічне навантаження й підвищує біохімічну та хімічну потребу води в кисні.^[10]

Тому сучасний підхід полягає передусім у валоризації сироватки — вилученні білка, лактози, мінеральних речовин та інших компонентів — а не в її утилізації як звичайного стоку.^[2]

Розвиток мембранних технологій, ферментації та виробництва харчових інгредієнтів перетворив сироватку з проблемного побічного потоку на важливу молочну сировину.^[2]

В Україні вимоги до рідкої молочної сироватки встановлює ДСТУ 7515:2014 «Сироватка молочна. Технічні умови», чинний від 1 лютого 2015 року.^[11]

Стандарт поширюється на сироватку, яку одержують під час виробництва:

• сирів;
• кисломолочного сиру;
• казеїну.

Відповідно до стандарту її використовують для подальшого промислового перероблення у харчовій, комбікормовій, фармацевтичній промисловості та для технічних потреб.^[11]

Для сухого продукту в Україні діє ДСТУ 4552:2006 «Сироватка молочна суха. Технічні умови».^[12]

Стандарт регламентує вимоги до сухої молочної сироватки, яку отримують шляхом видалення води з рідкої сироватки.

Окремо діє ДСТУ 4553:2006 «Сироватка молочна згущена. Технічні умови».^[13]

Таким чином, українська нормативна база окремо розглядає рідку, суху та згущену молочну сироватку.

Загальні вимоги до виробництва й обігу молочних продуктів встановлює Закон України «Про молоко та молочні продукти», а вимоги до безпечності й якості молока та молочних продуктів — наказ Міністерства аграрної політики та продовольства України № 118 від 12 березня 2019 року.^[14][15]

Після ультрафільтрації сироватки утворюються дві основні фракції:

• ретентат — фракція, збагачена білками;
• пермеат — фракція, що містить переважно воду, лактозу й мінеральні речовини.

Пермеат не є тотожним початковій молочній сироватці, оскільки більша частина білків із нього вже вилучена.

Завдяки високому вмісту лактози сироватковий пермеат використовують як сировину для виробництва лактози, ферментаційних продуктів та інших біотехнологічних продуктів.

• Сироватковий білок
• Лактоза
• Казеїн
• Рикота
• Жентиця
• Маслянка
• Сир
• Кисломолочний сир

• Onwulata, Charles I.; Huth, Peter J., ред. (2009). Whey Processing, Functionality and Health Benefits (англ.). Wiley-Blackwell. doi:10.1002/9780813803845. ISBN 978-0-8138-0903-8.

• McSweeney, Paul L. H.; Fox, Patrick F., ред. (2013). Advanced Dairy Chemistry (англ.). Т. 1A: Proteins: Basic Aspects (вид. 4). Springer. doi:10.1007/978-1-4614-4714-6. ISBN 978-1-4614-4713-9.

• McSweeney, Paul L. H.; O'Mahony, James A., ред. (2016). Advanced Dairy Chemistry (англ.). Т. 1B: Proteins: Applied Aspects (вид. 4). Springer. doi:10.1007/978-1-4939-2800-2. ISBN 978-1-4939-2799-9.

• Савченко, Олександр; Грек, Олена; Красуля, Олена (2018). Сучасні технології молочних продуктів (укр.). Київ: ЦП «Компринт».

• Codex Alimentarius — міжнародні стандарти харчових продуктів.
• ДСТУ 7515:2014 «Сироватка молочна. Технічні умови».
• ДСТУ 4552:2006 «Сироватка молочна суха. Технічні умови».