Ifølge en fødevare- og sundhedsundersøgelse foretaget af International Food Information Council er protein det mest efterspurgte næringsstof blandt forbrugere i USA. Undersøgelsen viser også, at forbrugernes efterspørgsel efter protein ikke kun afspejles i køb af traditionelle produkter, men at de også er villige til at acceptere mælkeprotein som en proteinkilde af høj kvalitet. Mælkeproteiner giver mæthed, dæmper sulten og hjælper kroppen med at bevare musklerne. Væksten på drikkevaremarkedet går gradvist i retning af produkter, der tilbyder forbrugerne mere komplet ernæring og forskellige fordele.

Proteindrikke og -shakes tiltrækker fortsat nye forbrugere, og utraditionelle typer af mejeridrikke kan også hjælpe forbrugerne med at opfylde deres ønske om at få mere protein.

Udvikling af drikkevareprodukter kræver nøje udvalgte ingredienser. På grund af deres fremragende ernæringsmæssige egenskaber, milde smag, lette fordøjelse og unikke funktionelle egenskaber i drikkevaresystemer er mælkeproteiner ofte de proteiningredienser, der almindeligvis anvendes i drikkevareprodukter.

Overvejelser om drikkevareinnovation

Forskellige faktorer i et færdigt drikkevareprodukt interagerer med hinanden. Uanset drikkevaretype skal følgende faktorer identificeres og evalueres før formuleringsdesign og procesudvikling:

1) Bestem emballage-, transport- og opbevaringsforhold, som vil bestemme den passende produktionsproces, herunder varmebehandling.
2) Beskriv produktets pH-område
3) Bestem det omtrentlige omkostningsbudget
4) Bestem produktets ernæringsmæssige sammensætning, som vil blive afspejlet i produktets ernæringsmæssige mærkning, samt opfyldelse af ernæringsmæssige anprisninger.
5) Bestem de nødvendige ikke-protein-ingredienser
6) Overvej foreneligheden af ovenstående faktorer

Proteinindholdet i en drik bestemmer forarbejdnings- og emballeringsformatet. Mælkeproteiner kan være opløselige og stabile over et relativt bredt pH-område, men deres geleringsegenskaber på grund af temperatur- og koncentrationsændringer skal også tages i betragtning, især for valleproteiner. Sukker- og mineralionkoncentrationer i drikkevarer påvirker også valle- og mælkeproteinernes stabilitet under forarbejdning og i hele holdbarhedsperioden. Samspillet mellem faktorerne er formuleringsafhængigt, så der skal udføres små test og pilottest, før formuleringen færdiggøres.

Valg af systemmiljø

Generelt bestemmer et produkts pH-værdi (surhedsgrad) dets behandling med hensyn til sikkerhed og opbevaringsstabilitet. Med undtagelse af juiceprodukter specificerer U.S. Food and Drug Administration (FDA) ikke procesbetingelser for varmebehandling af sure produkter (pH < 4,6). Lokale myndigheder bør konsulteres ved formulering af disse produkter for at sikre overholdelse af lokale regler.

Drikkevarer, der kan holde sig på hylden, kan groft sagt kategoriseres i følgende fire grundtyper:

(1) Kommercielle aseptiske drikkevarer
(2) Kommercielle aseptiske drikkevarer med sekundær autoklavesterilisering
3) Pasteuriserede produkter i tunnel
4) Varmfyldte eller pasteuriserede koldfyldte produkter

Valleprotein anvendt i drikkevarer med neutral pH-værdi

Kommercielle aseptiske drikkevarer, der er behandlet ved hjælp af de varmebehandlinger, der er beskrevet ovenfor (type 1 og 2), er typisk neutrale pH-drikkevarer, der rystes.

Deres pH-værdi ligger normalt mellem 4,6 og 7,5, afhængigt af deres smag, f.eks. jordbær (mere syrlig) eller chokolade (mere neutral). Disse produkter skal være aseptisk varmebehandlet eller sekundært steriliseret eller pasteuriseret og opbevares på køl. Valleproteiner bruges også i disse produkter, men generelt er valleproteiner ikke den primære proteinkilde i disse typer af formuleringer.

De mest almindeligt anvendte proteiner er dem, der indeholder kasein, såsom mælkeproteinkoncentrat eller kaseinmiceller. Typisk neutrale pH-drikkevarer, som f.eks. rystede produkter, er ofte sekundært steriliserede eller UHT, en steriliseringsmetode ved høj temperatur.

Umodificerede valleproteiner er termisk ustabile i mængder, der er større end 3% alene, og vil gelere eller udfælde under disse forhold, medmindre der anvendes et stabiliserende system. Brug af en kombination af kasein og valleproteiner vil give valleproteinerne en vis beskyttelse for at opretholde varmestabiliteten, da valleproteinerne vil interagere med kaseinet og forblive opløselige, hvilket forhindrer dannelsen af geler eller udfældning på grund af interaktionen mellem valleproteinerne alene.

Mælkeproteiner til drikkevarer med neutral pH-værdi

Proteinerne i mælkeproteinkoncentrater, mælkeisolater og kaseinmiceller stammer fra mælk og er velegnede til brug i drikkevarer med lavt syreindhold på grund af kaseins iboende varmestabilitet.

God hydrering er nøglen til mælkeproteiningrediensers evne til at fungere i drikkevarer med lavt syreindhold. Der er flere almindeligt anerkendte metoder til at bestemme hydreringsgraden.

Først opløses proteinpulveringredienserne i en højhastighedsblender, og det er vigtigt, at de pulveriserede ingredienser har tilstrækkelig tid til at absorbere vandet, så det endelige drikkevareprodukt forbliver termisk stabilt og opløseligt i hele dets holdbarhed. Afhængigt af hvilken type drik, man ønsker at opnå, kan hydreringen udføres med enten mælk eller vand, hvor både mælkens eller vandets temperatur og hydreringens varighed påvirker den overordnede stabilitet.

Offentliggjorte undersøgelser har bekræftet, at MPC-ingredienser fungerer dårligt hydreret ved proteinindhold på 70% og derover. Hydreringen af MPC-råvarer kan forbedres ved at reducere koncentrationen af mineraler, især calcium.

En anden funktionel egenskab, der skal måles for at forstå mælkeproteinråvarers funktionelle ydeevne i drikkevarer med lavt syreindhold, er termisk stabilitet. Den termiske stabilitet af en 5%-opløsning af MPC85 blev sammenlignet.

Resultaterne viste, at MPC85 med reduceret mineralindhold havde bedre termisk stabilitet efter opvarmning ved 85 °C (185 °F) i 3 minutter sammenlignet med konventionel MPC85. Prøverne blev alle omrørt i destilleret vand ved stuetemperatur i en time for at blive opløst og hydreret. Prøver, der hydratiserede hurtigere, udviste typisk bedre varmestabilitet, da mere af mælkeproteinet blev opløst.

Opbevaringsmiljøet og MPC-ingrediensernes friskhed skal også tages i betragtning, når de anvendes i drikkevarer. Undersøgelser har vist, at opløseligheden af MPC85-proteinpulver faldt efter 60 dages opbevaring ved temperaturer på 30 °C (86 °F) og derover. Når det anvendes i drikkevarer, resulterer utilstrækkelig hydrering af mælkeproteiningredienser i dårlig opløselighed og varmestabilitet.

De grundlæggende metoder til at forbedre proteinstabiliteten i UHT-steriliserede drikkevarer med højt proteinindhold og lavt syreindhold er som følger:

1) Opløs mælkeproteiner i vand ved 50 °C (122 °F) med høj omrøringshastighed
2) Tilsæt andre ingredienser som sødemidler, farver, stabilisatorer og smagsstoffer, og bland ved lav hastighed, og lad det trække godt i 1 time.
3) Tilsæt pH-reguleringsmiddel som f.eks. buffer for at nå pH 7,0
4) Opvarm til 140 °C (284 °F) i 6 sekunder
5) Homogeniser ved 2500 psi/700 psi
6) Køl ned til 24 °C (74 °F)

Anvendelse af valleprotein til sure drikkevarer

Varm påfyldning eller pasteurisering Kold påfyldning og tunnelpasteurisering (type 3 og 4) repræsenterer behandlingen af sure valleproteindrikke, som typisk har en pH-værdi på 2,8-4,0. De udsættes normalt for mild pasteurisering, hvilket resulterer i et produkt, der er stabilt ved stuetemperatur.

Drikkevarer med valleproteinisolat (WPI) som ingrediens i pH-området 2,8-3,5 har en høj grad af klarhed eller lav turbiditet, selv ved højere proteinindhold. Muligheden for at skabe proteinberigede klarede drikkevarer er en unik fordel ved valleprotein. Det lave fedt- og mineralindhold i valleproteinisolat (WPI) resulterer i produkter med høj klarhed og lav turbiditet.

Varmebehandlede sure drikkevarer kan fyldes varmt. Sterilisering opnås også i sure miljøer ved at fylde produktbeholdere, der er blevet skyllet med ozoneret vand eller andre metoder, der kan dræbe iltkrævende forurenende stoffer. Hot-fill-beholdere kan være metal-, glas- eller særlige plastflasker, der kan modstå påfyldningstemperaturer og det vakuum, der opstår, når produktet afkøles.

Koldfyldning svarer til varmfyldning, idet produktet varmebehandles. I modsætning til varmfyldning afkøles koldfyldte produkter til under 38 °C (100 °F) umiddelbart før fyldning. Øjeblikkelig afkøling af produktet hjælper med at forhindre vitaminnedbrydning og smagsændringer, der opstår under varme påfyldningsforhold.

Til sure proteindrikke er tunnelpasteurisering af forseglede metaldåser eller glasflasker tilstrækkelig og den eneste praktiske måde at fremstille pasteuriserede kulsyreholdige drikkevarer på. Tunnelpasteurisering er den traditionelle metode til pasteurisering af øl, men den er også praktisk til sure proteindrikke. Det er dog kun få producenter, der har denne type pasteuriseringskapacitet, undtagen til ølproduktion.

Overvejelser om anvendelse af mælkeproteiner

Den vigtigste komponent i drikkeklare proteindrikke er proteiningrediensen.

Proteinkilder kan være mælkeproteinkoncentrater (34%-89%-protein), isolerede mælkeproteiner (90%-92%-protein) eller proteinpeptider, der giver unikke ernæringsmæssige og funktionelle fordele til drikken. Nogle gange kombineres mælkeproteiner også med andre proteiner, f.eks. plantebaserede ingredienser, for at give produktet en unik aminosyresammensætning og teksturelle egenskaber, men proteiner fra planter kan nogle gange give smags- og teksturudfordringer for formulatorer. Disse blandinger vil være vanskelige at stabilisere før eller efter varmebehandling på grund af de reaktioner, der kan opstå mellem de forskellige ingredienser. Forskellige mælkeproteiner har forskellige isoelektriske punkter og molekylstørrelser, og der findes forskellige molekyltyper af mælkeproteiningredienser til kommerciel brug.

Der er to nøglefaktorer, der skal overvejes, når man vælger et mælkeprotein: 1) metoden til proteinisolering, da den bestemmer sammensætningen af WPC, WPI, MPC, MPI eller MCC; og 2) om mælkeproteinet har en stabil kilde til råmaterialer og forarbejdning.

WPC80, MPC og MPI opnås ved adskillelse ved hjælp af en fysisk proces med membranfiltrering. Fedt- og askeindholdet kan variere fra leverandør til leverandør, og det samme gælder smagen, men den overordnede sammensætning er stort set den samme.

Der er to hovedprocesser for WPI: ionbytning (kemisk behandling) og membranfiltrering. Sammensætningen af de produkter, der opnås ved disse to metoder, varierer med hensyn til mineralsammensætning, kulhydratindhold og indhold af glycopolypeptid (GMP), hvilket igen påvirker deres anvendelsesegenskaber.

Det er vigtigt at opretholde råmaterialets stabilitet fra batch til batch. Derfor er det nødvendigt med enkle præstationstest for den ønskede anvendelse, og disse oplysninger afspejles ikke i standardspecifikationer eller testrapporter (COA). Simple præstationstest er især nødvendige, når slutproduktet eller processen er mindre modstandsdygtig over for ændringer, eller når proteinindholdet i slutproduktet er tæt på de konventionelle grænser.