Selon une enquête sur l'alimentation et la santé menée par l'International Food Information Council, les protéines sont le nutriment le plus recherché par les consommateurs aux États-Unis. Cette étude montre également que la demande de protéines des consommateurs ne se traduit pas seulement par l'achat de produits traditionnels, mais qu'ils sont également prêts à accepter les protéines du lait comme source de protéines de haute qualité. Les protéines du lait rassasient, coupent la faim et aident le corps à conserver ses muscles. La croissance du marché des boissons s'oriente progressivement vers des produits qui offrent aux consommateurs une nutrition plus complète et des avantages divers.

Les boissons protéinées et les shakes continuent d'attirer de nouveaux consommateurs, et les types de boissons laitières non traditionnelles peuvent également aider les consommateurs à satisfaire leur désir d'obtenir plus de protéines.

Le développement de produits à base de boissons nécessite des ingrédients soigneusement sélectionnés. En raison de leurs excellentes propriétés nutritionnelles, de leur saveur douce, de leur facilité de digestion et de leurs propriétés fonctionnelles uniques dans les systèmes de boissons, les protéines laitières sont souvent les ingrédients protéiques couramment utilisés dans les produits à base de boissons.

Considérations sur l'innovation en matière de boissons

Les différents facteurs d'un produit fini interagissent les uns avec les autres. Quel que soit le type de boisson, les facteurs suivants doivent être identifiés et évalués avant la conception de la formulation et le développement du processus :

1) Déterminer les conditions d'emballage, de transport et de stockage, ce qui déterminera le processus de production approprié, y compris le traitement thermique.
2) Décrire la gamme de pH du produit
3) Déterminer le budget approximatif des coûts
4) Déterminer la composition nutritionnelle du produit, qui sera reflétée dans l'étiquetage nutritionnel du produit, et répondre aux allégations nutritionnelles.
5) Déterminer les ingrédients non protéiques nécessaires
6) Tenir compte de la compatibilité des facteurs susmentionnés

La teneur en protéines d'une boisson détermine le format de traitement et d'emballage. Les protéines du lait peuvent être solubles et stables dans une gamme de pH relativement large, mais leurs propriétés de gélification dues aux changements de température et de concentration doivent également être prises en compte, en particulier pour les protéines de lactosérum. Les concentrations de sucre et d'ions minéraux dans les boissons affectent également la stabilité des protéines de lactosérum et de lait pendant le traitement et la durée de conservation. L'interaction de ces facteurs dépend de la formulation, c'est pourquoi des tests pilotes et de petite taille doivent être effectués avant que la formulation ne soit finalisée.

Sélection de l'environnement du système

En général, le pH (acidité) d'un produit détermine son traitement en termes de sécurité et de stabilité de stockage. À l'exception des produits à base de jus, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis ne spécifie pas les conditions de traitement thermique pour les produits acides (pH < 4,6). Il convient de consulter les réglementations locales lors de la formulation de ces produits afin de s'assurer de leur conformité avec les réglementations locales.

Les boissons de longue conservation peuvent être classées dans les quatre catégories suivantes :

(1) Boissons commerciales aseptiques
(2) Boissons commerciales aseptiques avec stérilisation secondaire en autoclave
3) Produits pasteurisés en tunnel
4) Produits remplis à chaud ou produits pasteurisés remplis à froid

Protéine de lactosérum appliquée aux boissons à pH neutre

Les boissons commerciales aseptiques traitées à l'aide des traitements thermiques décrits ci-dessus (types 1 et 2) sont généralement des boissons à pH neutre et secouées.

Leur pH se situe généralement entre 4,6 et 7,5, en fonction de leur saveur, comme la fraise (plus acide) ou le chocolat (plus neutre). Ces produits doivent subir un traitement thermique aseptique ou une stérilisation secondaire, ou être pasteurisés et conservés au réfrigérateur. Les protéines de lactosérum sont également utilisées dans ces produits, mais en général, les protéines de lactosérum ne sont pas la principale source de protéines dans ces types de formulations.

Les protéines les plus couramment utilisées sont celles qui contiennent de la caséine, comme le concentré de protéines de lait ou les micelles de caséine. Les boissons au pH généralement neutre, telles que les produits frappés, sont souvent soumises à une stérilisation secondaire ou UHT, une méthode de stérilisation à haute température.

Les protéines de lactosérum non modifiées sont thermiquement instables dans des quantités supérieures au 3% seul et se gélifieront ou précipiteront dans ces conditions, à moins qu'un système stabilisateur ne soit utilisé. L'utilisation d'une combinaison de caséine et de protéines de lactosérum fournira une certaine protection aux protéines de lactosérum pour maintenir la stabilité thermique car les protéines de lactosérum interagiront avec la caséine et resteront solubles, empêchant la formation de gels ou la précipitation due à l'interaction des protéines de lactosérum seules.

Protéines de lait pour boissons à pH neutre

Les protéines contenues dans les concentrés de protéines de lait, les isolats de lait et les micelles de caséine sont dérivées du lait et conviennent bien à une utilisation dans les boissons à faible acidité en raison de la stabilité à la chaleur inhérente à la caséine.

Une bonne hydratation est la clé de la capacité des ingrédients protéiques du lait à fonctionner dans des boissons à faible acidité. Il existe plusieurs méthodes largement reconnues pour déterminer le degré d'hydratation.

Il est important que les ingrédients en poudre aient suffisamment de temps pour absorber l'eau afin que la boisson finale reste thermiquement stable et soluble pendant toute sa durée de conservation. Selon le type de boisson que l'on souhaite obtenir, l'hydratation peut être effectuée à l'aide de lait ou d'eau, la température du lait ou de l'eau et la durée de l'hydratation ayant une incidence sur la stabilité globale.

Des études publiées ont confirmé que les ingrédients MPC s'hydratent mal à partir d'une teneur en protéines de 70%. L'hydratation des matières premières MPC peut être améliorée en réduisant la concentration de minéraux, en particulier de calcium.

La stabilité thermique est une autre propriété fonctionnelle qui doit être mesurée pour comprendre la performance fonctionnelle des matières premières protéiques du lait dans les boissons à faible acidité. La stabilité thermique d'une solution 5% de MPC85 a été comparée.

Les résultats ont montré que le MPC85 à teneur réduite en minéraux présentait une meilleure stabilité thermique après avoir été chauffé à 85°C (185°F) pendant 3 minutes par rapport au MPC85 conventionnel. Les échantillons ont tous été agités dans de l'eau distillée à température ambiante pendant une heure pour la dissolution et l'hydratation. Les échantillons qui s'hydrataient plus rapidement présentaient typiquement une meilleure stabilité thermique car une plus grande partie des protéines de lait se dissolvait.

L'environnement de stockage et la fraîcheur des ingrédients MPC doivent également être pris en compte lors de l'application aux boissons. Des études ont montré que la solubilité des poudres de protéines MPC85 diminuait après 60 jours de stockage à des températures de 30°C (86°F) et plus. Lors de l'application aux boissons, une hydratation insuffisante des ingrédients protéiques du lait entraîne une mauvaise solubilité et une mauvaise stabilité à la chaleur.

Les méthodes de base pour améliorer la stabilité des protéines dans les boissons stérilisées à l'UHT, riches en protéines et à faible acidité, sont les suivantes :

1) Dissoudre les protéines du lait dans de l'eau à 50°C (122°F) en agitant à grande vitesse.
2) Ajouter les autres ingrédients tels que les édulcorants, les colorants, les stabilisateurs et les arômes, mélanger à faible vitesse et bien hydrater pendant 1 heure.
3) Ajouter un agent d'ajustement du pH, tel qu'un tampon, pour atteindre un pH de 7,0.
4) Chauffer à 140°C (284°F) pendant 6 secondes.
5) Homogénéiser à 2500 psi/700 psi
6) Refroidir à 24°C (74°F)

Applications des protéines de lactosérum pour les boissons acides

Remplissage à chaud ou pasteurisation Remplissage à froid et pasteurisation en tunnel (types 3 et 4) représentent le traitement des boissons acides à base de protéines de lactosérum, dont le pH est généralement compris entre 2,8 et 4,0. Elles sont généralement soumises à une pasteurisation douce, ce qui permet d'obtenir un produit stable à température ambiante.

Les boissons utilisant l'isolat de protéines de lactosérum (WPI) comme ingrédient dans la plage de pH 2,8-3,5 ont un haut degré de clarté, ou une faible turbidité, même à des teneurs en protéines plus élevées. La possibilité de créer des boissons clarifiées enrichies en protéines est un avantage unique de la protéine de lactosérum. La faible teneur en matières grasses et en minéraux de l'isolat de protéines de lactosérum (WPI) permet d'obtenir des produits très clairs et peu turbides.

Les boissons acides traitées thermiquement peuvent être remplies à chaud. La stérilisation est également obtenue dans les environnements acides en remplissant à chaud des récipients de produits qui ont été préalablement rincés avec de l'eau ozonée ou d'autres méthodes capables de tuer les contaminants exigeant de l'oxygène. Les récipients remplis à chaud peuvent être des bouteilles en métal, en verre ou en plastique spécifique qui peuvent résister aux températures de remplissage et au vide créé lorsque le produit est refroidi.

Le remplissage à froid est similaire au remplissage à chaud dans la mesure où le produit est traité thermiquement. Contrairement au remplissage à chaud, les produits remplis à froid sont refroidis à une température inférieure à 38°C (100°F) immédiatement avant le remplissage. Le refroidissement immédiat du produit permet d'éviter la dégradation des vitamines et les changements de goût qui se produisent dans des conditions de remplissage à chaud.

Pour les boissons protéinées acides, la pasteurisation en tunnel de boîtes métalliques ou de bouteilles en verre scellées est suffisante et constitue le seul moyen pratique de produire des boissons gazeuses pasteurisées. La pasteurisation en tunnel est la méthode traditionnelle de pasteurisation de la bière, mais elle est également pratique pour les boissons protéinées acides. Cependant, peu de producteurs disposent de ce type de pasteurisation, sauf pour la production de bière.

Considérations relatives à l'application des protéines du lait

Le composant le plus important des boissons protéinées prêtes à boire est l'ingrédient protéinique.

Les sources de protéines peuvent être des concentrés de protéines laitières (protéines 34%-89%), des protéines laitières isolées (protéines 90%-92%) ou des peptides protéiques qui apportent des avantages nutritionnels et fonctionnels uniques à la boisson. Les protéines laitières sont parfois combinées à d'autres protéines, telles que des ingrédients d'origine végétale, afin de conférer au produit une composition en acides aminés et des propriétés texturales uniques, mais les protéines d'origine végétale peuvent parfois poser des problèmes de saveur et de texture aux formulateurs. Ces mélanges sont difficiles à stabiliser avant ou après un traitement thermique en raison des réactions qui peuvent se produire entre les différents ingrédients. Les protéines du lait ont des points isoélectriques et des tailles moléculaires différents, et il existe différents types moléculaires d'ingrédients protéiques du lait à usage commercial.

Deux facteurs clés doivent être pris en compte lors de la sélection d'une protéine de lait : 1) la méthode d'isolation de la protéine, qui détermine la composition du WPC, WPI, MPC, MPI ou MCC ; et 2) le fait que la protéine de lait dispose d'une source stable de matières premières et de traitement.

Le WPC80, le MPC et le MPI sont obtenus par séparation au moyen d'un processus physique de filtration sur membrane. La teneur en matières grasses et en cendres peut varier d'un fournisseur à l'autre, de même que l'arôme, mais la composition globale est fondamentalement la même.

Il existe deux procédés principaux pour le WPI : l'échange d'ions (traitement chimique) et la filtration membranaire. La composition des produits obtenus par ces deux méthodes varie en termes de composition minérale, de teneur en hydrates de carbone et de teneur en glycopolypeptides (GMP), ce qui influe sur leurs propriétés d'application.

Il est essentiel de maintenir la stabilité de la matière première d'un lot à l'autre. C'est pourquoi il est nécessaire de procéder à des tests de performance simples pour l'application souhaitée, et cette information n'est pas reflétée dans les spécifications standard ou les rapports d'essai (COA). Les tests de performance simples sont particulièrement nécessaires lorsque le produit final ou le processus est moins résistant aux changements ou lorsque la teneur en protéines du produit final est proche des limites conventionnelles.