Laut einer vom International Food Information Council durchgeführten Lebensmittel- und Gesundheitsumfrage ist Eiweiß der von den Verbrauchern in den Vereinigten Staaten am meisten gewünschte Nährstoff. Diese Studie zeigt auch, dass sich die Nachfrage der Verbraucher nach Eiweiß nicht nur im Kauf traditioneller Produkte widerspiegelt, sondern dass sie auch bereit sind, Milcheiweiß als hochwertige Eiweißquelle zu akzeptieren. Milchproteine sorgen für Sättigung, dämpfen den Hunger und helfen dem Körper, Muskeln zu erhalten. Das Wachstum auf dem Getränkemarkt verlagert sich allmählich auf Produkte, die den Verbrauchern eine umfassendere Ernährung und verschiedene Vorteile bieten.

Proteingetränke und -shakes ziehen weiterhin neue Verbraucher an, und auch nicht-traditionelle Arten von Milchgetränken können den Verbrauchern helfen, ihren Wunsch nach mehr Protein zu erfüllen.

Die Entwicklung von Getränkeprodukten erfordert sorgfältig ausgewählte Zutaten. Aufgrund ihrer ausgezeichneten ernährungsphysiologischen Eigenschaften, ihres milden Geschmacks, ihrer leichten Verdaulichkeit und ihrer einzigartigen funktionellen Eigenschaften in Getränkesystemen sind Milchproteine häufig die in Getränkeprodukten verwendeten Eiweißbestandteile.

Überlegungen zur Getränkeinnovation

Verschiedene Faktoren eines Fertiggetränkeprodukts stehen in Wechselwirkung zueinander. Unabhängig von der Art des Getränks müssen die folgenden Faktoren vor der Rezeptur- und Prozessentwicklung identifiziert und bewertet werden:

1) Bestimmen Sie die Verpackungs-, Transport- und Lagerbedingungen, die das geeignete Herstellungsverfahren, einschließlich der Wärmebehandlung, bestimmen.
2) Beschreiben Sie den pH-Bereich des Produkts
3) Bestimmen Sie das ungefähre Kostenbudget
4) Bestimmung der ernährungsphysiologischen Zusammensetzung des Produkts, die sich in der Nährwertkennzeichnung des Produkts widerspiegelt, sowie der Einhaltung der nährwertbezogenen Angaben
5) Bestimmen Sie die erforderlichen Nicht-Eiweiß-Zutaten
6) Berücksichtigen Sie die Vereinbarkeit der oben genannten Faktoren

Der Proteingehalt eines Getränks bestimmt die Verarbeitungs- und Verpackungsform. Milchproteine können über einen relativ weiten pH-Bereich löslich und stabil sein, jedoch sollten auch ihre Geliereigenschaften aufgrund von Temperatur- und Konzentrationsänderungen berücksichtigt werden, insbesondere bei Molkenproteinen. Zucker- und Mineralionenkonzentrationen in Getränken beeinflussen ebenfalls die Stabilität von Molke- und Milchproteinen während der Verarbeitung und der gesamten Haltbarkeit. Das Zusammenspiel dieser Faktoren hängt von der Rezeptur ab, so dass vor der endgültigen Festlegung der Rezeptur kleine Tests und Pilotversuche durchgeführt werden müssen.

Auswahl der Systemumgebung

Im Allgemeinen bestimmt der pH-Wert (Säuregehalt) eines Produkts dessen Verarbeitung im Hinblick auf Sicherheit und Lagerstabilität. Mit Ausnahme von Saftprodukten schreibt die US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA) keine Wärmebehandlungsbedingungen für saure Produkte (pH < 4,6) vor. Bei der Formulierung dieser Produkte sollten die örtlichen Behörden konsultiert werden, um die Einhaltung der örtlichen Vorschriften zu gewährleisten.

Lagerfähige Getränke können grob in die folgenden vier Grundtypen eingeteilt werden:

(1) Gewerbliche aseptische Getränke
(2) Handelsübliche aseptische Getränke mit sekundärer Sterilisation im Autoklaven
3) Pasteurisierte Produkte im Tunnel
4) Heiß abgefüllte oder pasteurisierte kalt abgefüllte Produkte

Molkenprotein in Getränken mit neutralem pH-Wert

Kommerzielle aseptische Getränke, die mit den oben beschriebenen Wärmebehandlungen (Typ 1 und 2) verarbeitet werden, sind in der Regel pH-neutrale und geschüttelte Getränke.

Ihr pH-Wert liegt in der Regel zwischen 4,6 und 7,5, je nach Geschmacksrichtung, z. B. Erdbeere (eher sauer) oder Schokolade (eher neutral). Diese Produkte müssen aseptisch wärmebehandelt oder sekundärsterilisiert oder pasteurisiert und gekühlt aufbewahrt werden. In diesen Produkten werden auch Molkenproteine verwendet, aber im Allgemeinen sind Molkenproteine nicht die Hauptproteinquelle für diese Art von Rezepturen.

Am häufigsten werden kaseinhaltige Proteine wie Milchproteinkonzentrat oder Kaseinmizellen verwendet. Typischerweise werden Getränke mit neutralem pH-Wert, z. B. geschüttelte Produkte, häufig sekundärsterilisiert oder UHT-sterilisiert, ein Hochtemperatur-Sterilisationsverfahren.

Unmodifizierte Molkenproteine sind in Mengen, die größer sind als 3% allein, thermisch instabil und gelieren oder fallen unter diesen Bedingungen aus, es sei denn, es wird ein Stabilisierungssystem verwendet. Die Verwendung einer Kombination aus Casein und Molkenproteinen bietet den Molkenproteinen einen gewissen Schutz, um die Hitzestabilität aufrechtzuerhalten, da die Molkenproteine mit dem Casein interagieren und löslich bleiben, wodurch die Bildung von Gelen oder Ausfällungen aufgrund der Interaktion der Molkenproteine allein verhindert wird.

Milchproteine für neutrale pH-Getränke

Die Proteine in Milchproteinkonzentraten, Milchisolaten und Kaseinmizellen werden aus Milch gewonnen und eignen sich aufgrund der dem Kasein innewohnenden Hitzestabilität gut zur Verwendung in Getränken mit niedrigem Säuregehalt.

Eine gute Hydratation ist der Schlüssel für die Fähigkeit von Milcheiweißbestandteilen, in Getränken mit niedrigem Säuregehalt zu funktionieren. Es gibt mehrere allgemein anerkannte Methoden zur Bestimmung des Hydratationsgrades.

Zunächst werden die Bestandteile des Proteinpulvers in einem Hochgeschwindigkeitsmixer aufgelöst. Dabei ist es wichtig, dass die pulverförmigen Bestandteile genügend Zeit haben, das Wasser zu absorbieren, damit das endgültige Getränkeprodukt während seiner gesamten Haltbarkeitsdauer thermisch stabil und löslich bleibt. Je nach Art des gewünschten Getränks kann die Hydratisierung entweder mit Milch oder mit Wasser erfolgen, wobei sowohl die Temperatur der Milch oder des Wassers als auch die Dauer der Hydratisierung die Gesamtstabilität beeinflussen.

Veröffentlichte Studien haben bestätigt, dass MPC-Zutaten bei einem Proteingehalt von 70% und mehr schlecht hydratisiert werden können. Die Hydratation von MPC-Rohstoffen kann durch eine Verringerung der Konzentration von Mineralien, insbesondere von Kalzium, verbessert werden.

Eine weitere funktionelle Eigenschaft, die gemessen werden muss, um die funktionelle Leistung von Milchprotein-Rohstoffen in Getränken mit niedrigem Säuregehalt zu verstehen, ist die thermische Stabilität. Die thermische Stabilität einer 5%-Lösung von MPC85 wurde verglichen.

Die Ergebnisse zeigten, dass MPC85 mit reduziertem Mineraliengehalt nach dreiminütigem Erhitzen auf 85°C (185°F) eine bessere thermische Stabilität aufwies als herkömmliches MPC85. Die Proben wurden alle eine Stunde lang in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur gerührt, um sich aufzulösen und zu hydratisieren. Proben, die schneller hydratisierten, wiesen typischerweise eine bessere Hitzestabilität auf, da sich ein größerer Teil des Milchproteins auflöste.

Die Lagerungsbedingungen und die Frische der MPC-Inhaltsstoffe sollten bei der Verwendung in Getränken ebenfalls berücksichtigt werden. Studien haben gezeigt, dass die Löslichkeit von MPC85-Proteinpulvern nach 60 Tagen Lagerung bei Temperaturen von 30°C (86°F) und darüber abnimmt. Bei der Verwendung in Getränken führt eine unzureichende Hydratisierung von Milchproteinbestandteilen zu einer schlechten Löslichkeit und Hitzestabilität.

Die grundlegenden Methoden zur Verbesserung der Proteinstabilität in UHT-sterilisierten Getränken mit hohem Proteingehalt und niedrigem Säuregehalt sind die folgenden:

1) Lösen Sie Milchproteine in Wasser bei 50°C (122°F) unter schnellem Rühren auf.
2) Andere Zutaten wie Süßstoffe, Farbstoffe, Stabilisatoren und Aromen hinzufügen und bei niedriger Geschwindigkeit mischen und 1 Stunde lang gut hydrieren.
3) pH-Einstellmittel wie Puffer hinzufügen, um pH 7,0 zu erreichen
4) 6 Sekunden lang auf 140°C (284°F) erhitzen
5) Homogenisieren bei 2500 psi/700 psi
6) Abkühlen auf 24°C (74°F)

Molkenproteinanwendungen für säurehaltige Getränke

Heißabfüllung oder Pasteurisierung Kaltabfüllung und Tunnelpasteurisierung (Typ 3 und 4) stehen für die Verarbeitung von sauren Molkenproteingetränken, die typischerweise einen pH-Wert von 2,8 bis 4,0 aufweisen. Sie werden in der Regel einer milden Pasteurisierung unterzogen, die zu einem Produkt führt, das bei Raumtemperatur stabil ist.

Getränke, die Molkenproteinisolat (WPI) als Zutat im pH-Bereich von 2,8 bis 3,5 enthalten, weisen selbst bei höheren Proteingehalten einen hohen Grad an Klarheit bzw. eine geringe Trübung auf. Ein einzigartiger Vorteil von Molkenprotein ist die Möglichkeit, mit Proteinen angereicherte, geklärte Getränke herzustellen. Der geringe Fett- und Mineralstoffgehalt von Molkenproteinisolat (WPI) führt zu Produkten mit hoher Klarheit und geringer Trübung.

Wärmebehandelte säurehaltige Getränke können heiß abgefüllt werden. Die Sterilisation erfolgt in sauren Umgebungen auch durch Heißabfüllung von Produktbehältern, die zuvor mit ozonisiertem Wasser oder anderen Methoden zur Abtötung von sauerstoffbedürftigen Verunreinigungen gespült wurden. Heißabfüllbehälter können aus Metall, Glas oder speziellen Kunststoffflaschen bestehen, die den Abfülltemperaturen und dem Vakuum, das beim Abkühlen des Produkts entsteht, standhalten können.

Die Kaltabfüllung ähnelt der Heißabfüllung insofern, als das Produkt wärmebehandelt wird. Im Gegensatz zur Heißabfüllung werden kalt abgefüllte Produkte unmittelbar vor der Abfüllung auf unter 38 °C (100 °F) abgekühlt. Die sofortige Abkühlung des Produkts trägt dazu bei, den Abbau von Vitaminen und Geschmacksveränderungen zu verhindern, die bei heißer Abfüllung auftreten.

Für säurehaltige Eiweißgetränke ist die Tunnelpasteurisierung von versiegelten Metalldosen oder Glasflaschen ausreichend und die einzige praktische Methode zur Herstellung von pasteurisierten kohlensäurehaltigen Getränken. Die Tunnelpasteurisierung ist die traditionelle Methode zur Pasteurisierung von Bier, aber sie ist auch für saure Eiweißgetränke geeignet. Allerdings verfügen nur wenige Hersteller über diese Art der Pasteurisierung, außer bei der Bierherstellung.

Überlegungen zur Verwendung von Milchproteinen

Der wichtigste Bestandteil von trinkfertigen Eiweißgetränken ist der Eiweißbestandteil.

Bei den Proteinquellen kann es sich um Milchproteinkonzentrate (34%-89%-Protein), isolierte Milchproteine (90%-92%-Protein) oder Proteinpeptide handeln, die dem Getränk einzigartige ernährungsphysiologische und funktionelle Vorteile verleihen. Manchmal werden Milchproteine auch mit anderen Proteinen, z. B. pflanzlichen Inhaltsstoffen, kombiniert, um dem Produkt eine einzigartige Aminosäurezusammensetzung und Textureigenschaften zu verleihen, aber Proteine pflanzlichen Ursprungs können für die Formulierer manchmal geschmackliche und texturelle Herausforderungen darstellen. Diese Mischungen lassen sich vor oder nach der Wärmebehandlung aufgrund der Reaktionen, die zwischen den verschiedenen Zutaten auftreten können, nur schwer stabilisieren. Verschiedene Milchproteine haben unterschiedliche isoelektrische Punkte und Molekülgrößen, und es gibt verschiedene Molekulartypen von Milchproteinbestandteilen für die kommerzielle Verwendung.

Bei der Auswahl eines Milchproteins sind zwei Schlüsselfaktoren zu berücksichtigen: 1) die Methode der Proteinisolierung, da diese die Zusammensetzung des WPC, WPI, MPC, MPI oder MCC bestimmt, und 2) ob das Milchprotein über eine stabile Rohstoffquelle und Verarbeitung verfügt.

WPC80, MPC und MPI werden durch Trennung mittels eines physikalischen Verfahrens der Membranfiltration gewonnen. Der Fett- und Aschegehalt kann von Anbieter zu Anbieter variieren, ebenso wie der Geschmack, aber die Gesamtzusammensetzung ist grundsätzlich gleich.

Es gibt zwei Hauptverfahren für WPI: Ionenaustausch (chemische Behandlung) und Membranfiltration. Die Zusammensetzung der mit diesen beiden Verfahren gewonnenen Produkte variiert in Bezug auf die mineralische Zusammensetzung, den Kohlenhydratgehalt und den Gehalt an Glykopolypeptiden (GMP), was sich wiederum auf ihre Anwendungseigenschaften auswirkt.

Es ist wichtig, die Stabilität des Rohmaterials von Charge zu Charge zu erhalten. Daher sind einfache Leistungstests für die gewünschte Anwendung erforderlich, und diese Informationen sind nicht in Standardspezifikationen oder Prüfberichten (COA) enthalten. Einfache Leistungstests sind vor allem dann erforderlich, wenn das Endprodukt oder der Prozess weniger empfindlich auf Veränderungen reagiert oder wenn der Proteingehalt des Endprodukts nahe an den üblichen Grenzwerten liegt.