Molkerei-, Veterinär- und Tierforschung

Einige der wichtigen High Protein Dairy Ingredients umfassen (i) Säure- / Labkasein, (ii) Kaseinate, (iii) Co-Präzipitate, (iv) Milchproteinkonzentrat (v) Molkenproteinkonzentrate und -isolate (vi) Mizellares Casein und (vii) UF-Retentatpulver.

Casein und Caseinate

Zu den Caseinprodukten gehören Labcasein, saures Casein und Caseinat. Die Produktion beginnt mit Magermilch, und dann wird Kasein durch Zugabe von Lab, Säure oder Membranfiltration vom Milchserum getrennt. Chymosin hydrolysiert die Bindung zwischen Methionin und Phenyalanin in k-Casein und koaguliert zu dreidimensionalen Netzwerken. Das Gel wird geschnitten, gerührt, abgelassen und gewaschen, bevor es zu einem Pulver getrocknet wird. Casein kann an seinem isoelektrischen Punkt (pH 4,6) ausgefällt werden. Die Ansäuerung kann mit Mineralsäuren, z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure, oder durch mikrobiologische Fermentation hergestellter Milchsäure erfolgen. Caseine sind fast 90% Protein auf Trockensubstanzbasis. Caseinate (Na-, K- oder Ca-Caseinat) können durch Zugabe von Alkalien (Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid) zu saurem Casein erhalten werden.3,4 Caseinate enthalten etwa 90% Protein. Die Behandlung verbessert die Löslichkeit des Casein für die Verwendung als Zutat in Lebensmitteln.

Co-Präzipitate

Der Begriff Co-Präzipitate wird verwendet, um ein Produkt zu beschreiben, das durch Ansäuern und Erhitzen einer Kombination von Casein- und Molkenproteinen mit oder ohne Zusatz von Calciumsalzen hergestellt wird. Die Verwendung von Kopräzipitaten in Fleischprodukten, Desserts, Süßwaren und Backwaren erwies sich als funktionelle und ernährungsphysiologische Ergänzung.5 Co-Präzipitate sind von drei Arten, nämlich., Hochkalzium-, Mittelkalzium- und Niedrigkalzium-Co-Präzipitate.

Milchproteinkonzentrat

Ein delaktosiertes, milchproteinreiches Pulver (HMPP), auch als Milchproteinkonzentrat (MPC) oder Gesamtmilchproteine (TMP) bezeichnet, ist ein vollständiges Milchprotein (das sowohl Kaseine als auch Molkenproteine enthält). Der Proteingehalt von MPC liegt zwischen 35 und 85%. Die meisten hochwertigen MPCs werden mit Magermilchpulver zubereitet. Sie können auch durch Ausfällen der Proteine aus der Milch oder durch Trockenmischen der Milchproteine mit anderen Milchbestandteilen hergestellt werden.6 MPC ist im Vergleich zur gelblich-weißen Farbe von Magermilchpulver (SMP) grauweiß. Das MPC hat niedrigere lose (0,31 g / ml) und gepackte Dichten im Vergleich zu SMP.2 Ein großer Vorteil von MPC gegenüber anderen Milchproteinbestandteilen besteht darin, dass es die Kaseine und Molkenproteine in ihrem natürlichen Verhältnis und im nativen Zustand enthält.

Molkenproteinkonzentrate und -isolate

Molkenproteinkonzentrate (WPCs) beziehen sich auf lösliche Form von Molkenproteinprodukten, die 25-95% Protein auf Trockensubstanzbasis enthalten und durch UF von Süßmolke oder saurer Molke erhalten werden. Diese Produkte liefern Proteine, die auch unter sauren Bedingungen gut löslich sind, gute Emulgiereigenschaften und ausgezeichnete Wasserbindungs-, Gelier- und Verdickungseigenschaften aufweisen.7,8 Diese Erzeugnisse werden in großem Umfang als Zusatzstoffe zur Proteinanreicherung eingesetzt. Typische Anwendungen sind Säuglingsnahrung, klinische Ernährung, Ernährungsriegel, Getränke und Mischungen. Darüber hinaus werden diese WPCs in Schmelzkäse, Joghurt, Desserts sowie verarbeiteten Fleisch- und Fischprodukten verwendet. Molkenproteinisolate (WPI) haben die höchste Menge an Molkenprotein (d. H. 90-92% Protein). Es enthält typischerweise maximal 1% Fett plus Laktose, 2-3% Asche und 4-5% Feuchtigkeit. Bei der Herstellung von WPI wird Molke einer Mikrofiltration (MF) unterzogen, um den Fettgehalt zu reduzieren. Anschließend wird das MF-Permeat einer UF und Diafiltration (DF) unterzogen, um das gewünschte Protein auf der Trockensubstanz im Produkt zu erreichen.9 Ein weiteres Mittel zur Erhöhung des Molkenproteingehalts ist die Verwendung von Ionenaustausch (IE) Chromatographie. Bei letzterem Verfahren werden die Molkenproteine selektiv auf dem Epoxidharz absorbiert, während Fett, Laktose und Mineralien eluiert werden. Anschließend werden durch Erhöhung der Ionenstärke die Molkenproteine aus dem IE-Harz eluiert.10

UF-Milchretentat und Retentatpulver

Mit der Ultrafiltration von Milch können beliebte neue Milchzutaten und Lebensmittel und Getränke auf Milchbasis hergestellt werden, die einen höheren Proteingehalt und einen niedrigeren Kohlenhydratgehalt aufweisen als herkömmliche Zutaten auf Milchbasis. Aus mechanisch separierter Vollmilch wurden sprühgetrocknete und gefriergetrocknete ultrafiltrierte Magermilch-Retentatpulver erhalten. Retentat-sprühgetrocknete Magermilch mit hohen Proteinkonzentrationen, die industriell mit Agglomeration hergestellt wird, kann alle Kriterien erfüllen, die für Magermilchpulver erforderlich sind. Solche Standards wurden auch von gefriergetrockneten Retentatpulvern erfüllt.11 Zu den funktionellen Eigenschaften von UF-Retentatpulvern gehören Wasseraufnahme, Schleuderbarkeit / Schaumbildung und Gelierung. Sprühgetrocknete Retentat-Magermilchpulver zeigten eine geringe Dichte und Fließfähigkeit, gefriergetrocknete Retentatpulver (FDR) waren jedoch mit dem kommerziellen SMP vergleichbar. Die Löslichkeitsindizes von FDR-Pulvern waren höher als die von sprühgetrockneten Retentatpulvern. Die spezifische Viskosität ist bei FDR-Pulvern niedriger als bei sprühgetrockneten Pulvern; mit zunehmender Retentatvolumenkonzentration steigt die Viskosität. Die Schaumbildungskapazität von sprühgetrocknetem Retentatpulver, das zu 5,0% Gesamtfeststoff (TS) rekonstituiert wurde, war vergleichbar mit der von 5,0% Na-Caseinat-Lösung.11-14 Die Zusammensetzung verschiedener proteinreicher Milchpulver ist in Tabelle 2 zusammengestellt.

Micellar Casein

Micellar Casein (MC) ist ein Milchprotein, das aus Kuhmilch gewonnen wird. MC ist nicht denaturiertes Casein, das in seiner natürlichen globulären Struktur existiert. Eine Kaseinmizelle besteht aus allen fünf a-, β-, g-, l- und κ-Kaseinen. MC unterscheidet sich von anderen Caseinen / Kaseinaten, da es in seiner natürlichen Form vorliegt und vom Körper leichter verdaut und assimiliert wird. MC ist eine unlösliche Form von Casein, die für ihre langsamen Freisetzungseigenschaften bekannt ist; Es kann verwendet werden, um eine stetige Versorgung mit Protein bereitzustellen.15 MC Pulver kann zur Anreicherung von Käsemilch und zum Ersetzen von Käsebruch in Prozesskäseformulierungen verwendet werden. MC stellt auch einen ausgezeichneten Rohstoff für die Herstellung einzelner Kaseine (β-Casein-Derivate) oder Glycomakropeptid dar, die gereinigte nutrazeutische Derivate aus Milchproteinen herstellen.16

Anwendung von proteinreichen Milchfeststoffen in der Lebensmittelindustrie

Anwendung von MPCs

Hoher Proteingehalt, geringer Laktosegehalt, gut erhaltene Caseinmizellstrukturen und weitgehend nicht denaturierte Molkenproteine machen MPCs zu vielseitigen funktionellen Inhaltsstoffen für verschiedene Lebensmittelanwendungen. MPCs eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden Labgelierungs- und Emulsionsstabilisierungseigenschaften besonders zur Standardisierung von Käsemilch und zur Stabilisierung von Öl-in-Wasser-Emulsionen.17 MPC liefert etwa 365 kcal / 100g. MPCs werden derzeit für die Herstellung von Produkten wie Prozesskäse, Frischkäse, Eiscreme, Joghurt / fermentierte Milchprodukte und Mahlzeitenersatzgetränke verwendet. Typischerweise werden proteinärmere MPCs als Zutaten in Käseanwendungen verwendet, während proteinreiche MPCs in Getränke- und Baranwendungen verwendet werden (Tabelle 3). Die Verwendung von MPCs als Zutat wächst aufgrund ihres verbesserten Geschmacksprofils auf Kosten von Casein und Caseinat.18-24

Die Anreicherung von Pizzakäsemilch mit MPC @ 2% erhöhte den Käseertrag und verbesserte seine Qualität. Die Zugabe von MPC (63,5% Protein) verbesserte die Ausbeute von 10.34% bis 14,50%. Der Prozentsatz der Fettrückgewinnung stieg von 78,19% auf 86,29% und die TS-Rückgewinnung stieg von 44,3% auf 55,68% bei MPC-Zugabe. Rehman et al.25 berichteten, dass die Verwendung von MPC in Pizzakäsemilch zu einem erhöhten Kalziumgehalt in den Käsesorten führte, die durch Kultursäuerung hergestellt wurden, aber zu einem niedrigen Kalziumgehalt in Käsesorten, die durch direkte Ansäuerung hergestellt wurden. Ein solches Additiv trug dazu bei, Käse mit überlegener Schmelze und minimaler Bräunung zu erhalten, wenn er zum Pizzabacken verwendet wurde. Pizzakäse, der unter Verwendung von MPC und nach der Kultursäuerungstechnik hergestellt wurde, verbesserte die Schmelzbarkeit von Käse während der Lagerung.

Anwendung von WPCs

Molkenproteine haben einen hohen Nährwert, funktionelle Eigenschaften und besitzen einen außergewöhnlichen biologischen Wert. WPC ist ein hochwertiges Protein mit allen essentiellen Aminosäuren und reichste Quelle von natürlich vorkommenden verzweigtkettigen Aminosäuren (nämlich., leucin, Isoleucin, Valin).26 Die Fähigkeit von Molkenproteinen, Gele zu bilden, die in der Lage sind, Wasser, Lipide und andere Bestandteile zu halten und gleichzeitig strukturelle Eigenschaften bereitzustellen, ist wichtig für die Verbraucherakzeptanz von Lebensmitteln wie verarbeitetem Fleisch, Milchprodukten und Backwaren.2 Einige wichtige Anwendungen von WPC in Lebensmitteln sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Substitution von Milchpulver durch WPC in Backwaren kann sehr kostengünstig sein und die Funktionalität (Säurelöslichkeit, Gelbildung, Schlagfähigkeit) des Systems erhöhen. WPC wirkt als funktioneller Bestandteil, der eine schützende Wirkung auf das Glutennetzwerk im gefrorenen Teig und auch auf die Backleistung hat.27,28 WPC-34, WPC-50 und WPC-80 erwiesen sich als gut geeignet, um die Funktionen von Vollei in Kuchenanwendungen teilweise zu ersetzen. WPC-80 eignet sich besser für den Ersatz von Eiweiß, das den Kuchenstücken Körper und Viskosität verleiht, um Luft einzuschließen und Kohlendioxid zurückzuhalten, das durch das Treibsystem erzeugt wird.29 Die Zugabe von WPC-80 @ 2% zu einer fettarmen Pfundkuchenformel als Fettaustauscher führte zu einem höheren Volumen, einem weicheren Produkt, das sowohl der Vollfettkontrolle als auch der fettarmen Kontrolle (kein WPC-80) in Bezug auf Feuchtigkeit, Geschmack und Gesamteigenschaften überlegen war.29 Molkenproteine konnten während der Käseherstellung durch verschiedene Techniken in das Kaseinnetzwerk induziert werden. Bei der Herstellung von Cheddar-Käse unter Verwendung von WPC als Additiv wurde eine Erhöhung der Produktausbeute festgestellt. Die erhaltene Käseausbeute betrug 9,96% im traditionellen Verfahren gegenüber 10,31% und 11,21% in Käsesorten, die durch Einarbeiten von WPC nach Molkenentfernung bzw. WPC während der Inokulation mit Starterkultur hergestellt wurden. Die Aufnahme von WPC in die Eiscreme-Mischung führte zu einem überlegenen Produkt mit erhöhtem Überlauf, reduzierter Gefrierzeit und Erhöhung des Proteingehalts des Produkts. Es führte auch zu einer verbesserten Cremigkeit, Glätte und Geschmack des resultierenden Eis.30 WPC diente als Emulgator in Eiscreme.30,31-40 Die Verwendung von WPC (0,5%) in Kombination mit Sago als Stabilisator (1,0%) trug dazu bei, dem mittelfetten Eis (6% Fett) den gewünschten Körper und die gewünschte Textur zu verleihen, was in der sensorischen Qualität im Vergleich zu einem Premium-Eis (14% Fett) ähnlich war, aber im Vergleich zu Vollfett-Eis (10% Fett) deutlich überlegen war.40 Fettfreier Joghurt mit 3,0-4,5% WPC zeigte ein ähnliches rheologisches Verhalten wie Vollfettjoghurt und war als Milchfettersatz wirksam.41

Anwendung von UF retentat pulver

Low-fett (über 31.0% Fett auf Trockenmasse) Cheddar-Käse wurden aus Käsemilch hergestellt, die mit UF-Retentatpulver (URP) und diafiltriertem mikrofiltriertem (DMF) Pulver angereichert war, um den Kaseingehalt auf 5,0-6,0% zu erhöhen. Die aus URP-angereicherter Milch hergestellten Cheddar-Käse hatten eine ähnliche Zusammensetzung wie Käse, der mit DMF-Pulver hergestellt wurde. Der Protein- und Lactosegehalt von URP- und DMF-Pulver betrug 70,0% und 15,77% bzw. 84,91% und 0,47% Lactose. Die Käseausbeute (11,45 vs. 11,37%) und die Fettrückgewinnung (91,4 vs. 90,3%) waren bei mit URP gewonnenem Käse höher als bei DMF-Pulver.42

Anwendung von Casein/Caseinaten

Caseinprodukte werden hauptsächlich als Zutaten in Lebensmitteln verwendet, um entweder die physikalischen Eigenschaften von Lebensmitteln zu verändern oder Nahrungsergänzungsmittel bereitzustellen (Tabelle 5). Saures Kasein (90% Protein auf Trockenmasse) und Labkasein (85% Protein auf Trockenmasse) wurden erfolgreich als Proteinquelle bei der Herstellung von Käseanaloga verwendet.43 Lobato-Calleros et al.44 hergestelltes Käseanalogon unter Verwendung von Na / Ca-Caseinaten in Kombination mit Sojafeststoffen. Eine Formulierung von Mozzarella-Käse-Analogon (MCA) wurde unter Verwendung von Labkasein (23 Gew.-% in der Formulierung) und Kunststoffcreme als Protein- bzw.45 Solcher MCA hatte im Vergleich zu Mozzarella auf natürlicher Milchbasis eine überlegene Schmelze, Fadenschärfe und Zähigkeit (reduziert).

Anwendung von Micellar Casein

Micellar Casein Pulver in Lösung oder in Pulverform hat das Potenzial, kommerzielle Caseinate in der Lebensmittelindustrie zu ersetzen. Die Verwendung von Käsemilch, die mit nativem mizellarem Kasein standardisiert ist, um einen erhöhten Kaseingehalt zu haben, wird zunehmend zur Herstellung traditioneller und neuer Käsesorten verwendet. Kashkaval-Käse, angereichert mit mizellarem Kasein, wurde hergestellt, um verbesserte technologische Eigenschaften wie Beschleunigung der Entwicklung der Quarkfestigkeit, erhöhte Festigkeit und folglich höhere Ausbeute zu haben.46 Die Erhöhung des Kaseingehalts von 22,90 g / kg auf 26,10 g/kg führte zu Käsesorten mit typischer Textur und einer Steigerung der Fett- und Kaseinrückgewinnung um 2,5 bzw. 3,5%; Die Käseausbeute stieg um etwa 17%. Der resultierende Käse hatte eine größere Festigkeit.47

Proteinbasierter Fettersatz

Der proteinbasierte Fettersatz, der die meiste Aufmerksamkeit erhalten hat, war Simplesse, der aus mikropartikulierten Milch- und / oder Eiweißproteinen, Zucker, Pektin und Zitronensäure besteht.48 Das Protein wird während eines kombinierten Pasteurisierungs- und Homogenisierungsprozesses partikuliert, der Mikropartikel von einheitlicher Größe und Kugelform mit einem Durchmesser von 1 µm erzeugt.49 Simplesse trägt nur 1–2kcal/g bei. Solche proteinbasierten Ersatzstoffe können verwendet werden, um eine Vielzahl von Produkten zu formulieren, einschließlich Käsekuchen, Puddings, Saucen, Kuchenfüllungen, Sauerrahm, Eiscreme, Frischkäse, Mayonnaise, Dips und Aufstriche. Simplesse fungierte als Fettersatz in Eiscreme in Bezug auf Glätte, Cremigkeit und Mundbeschichtung. Eiscremes, die unter Verwendung eines solchen Fettmimetikums hergestellt wurden, hatten im Vergleich zu Kontroll-Eiscreme (10% Fett) eine überlegene sensorische Punktzahl. Es gab auch eine etwas höhere Süße und einen stärkeren Geschmack als Kontrolleis ohne Fettmimetikum. Eiscreme (4% Fett) mit Simplesse hatte ähnliche Eigenschaften wie Vollfett (10% Fett) Eiscreme.50

Constituents

Composition of High Protein Ingredients (%)

Rennet Casein1

Acid Casein1

Caseinate1

MPC 802

WPC 753

UF Skim Milk Retentate powder4

Moisture

Milk fat

Milk protein

84.0*

90.0*

88.0*

Lactose

Ash

pH (10% soln.)

Max. 8.0

Table 2 Proximate composition of high protein dairy powders

Source, FSSA12,1, Kumar et al.13,2, Morr and Ha14,3, Flores & Kosikowski11,4; *Protein auf Trockensubstanzbasis

Lebensmittelprodukt

Vorteile der Verwendung von MPC in der Lebensmittelformulierung

Referenz

Eiscreme

Eiscremeformulierungen, die unter Verwendung von MPC (als 20-50% iger Proteinersatz) hergestellt wurden, wiesen im Vergleich zu Kontrolleis eine höhere Mischungsviskosität, ein größeres Ausmaß an Fettdestabilisierung, besseres Schäumen, schmalere Eisschmelzkurven und eine größere Formbeständigkeit auf.

Eiscreme, die mit einem 40-60% höheren Proteingehalt (5-7% Protein) als die Kontrolle (3,74% Protein) zubereitet wurde, führte zu einem niedrigeren Laktose- und Aschegehalt und einem höheren Überlauf. Mit zunehmendem MPC-Gehalt wurde die Eiskristallgröße günstig reduziert.

Joghurt

Joghurt mit MPC zeigte im Vergleich zu Joghurt auf SMP-Basis eine um 50% höhere Gelfestigkeit und Viskosität.

Joghurts aus Mischungen mit bis zu 5,6% Eiweiß, 0,2% Fett, 3,75% Laktose und 10.5% TS nach der Fermentation waren in der Festigkeit ähnlich wie die Kontrolle aus mit SMP angereicherter Magermilch zu 14% TS.
Die sensorischen Werte und der Acetaldehydgehalt solcher Joghurts waren mit denen der Kontrolle vergleichbar.

Käse

Die Standardisierung von Käsemilch mit MPC erhöhte die Ausbeute an Mozzarella-Käse aufgrund höherer Protein- und TS-Rückgewinnungsraten von 13,8 auf 16,7%.

High Protein Nutrition bar

MPC sorgte in einem solchen Riegel für Ernährung und Wasserhaltekapazität. Casein of MPC was digested slowly, allowing greater nitrogen retention and muscle growth.

Table 3 Application of MPC in food products

Food Product

Benefits of Utilizing WPC in Food Product Formulation

Reference

Ice cream

Replacing the normal MSNF (13.0%) mit WPC führte zu einer erhöhten Viskosität und Schlagfähigkeit der Mischung sowie zu erhöhtem Überlauf, Schmelzbeständigkeit und sensorischer Bewertung von Speiseeis.

WPC-82 könnte bis zu 40% in Eiscreme eingebaut werden, um SMP zu ersetzen. Es erhöht den Proteingehalt von Eis.

Käseaufstrich

Käseaufstrich mit guter Schmelzfähigkeit und verbesserter Streichfähigkeit konnte unter Verwendung von WPC-38 bei einem Gehalt von 4,5% Käsefeststoffen hergestellt werden.

Mozzarella-Käse-Analogon

Die Aufnahme von WPC als Ersatz für Labkasein (RC:WPC; 85:15) ergab ein Käseanalogon mit größerer Festigkeit und Schmelzbarkeit, geringerer Kohäsion und Fettleckage sowie mäßiger Zähigkeit.

Keks

Der Proteingehalt von Keks stieg bei Verwendung von 10% WPC von 10,45 auf 21,45%. Lysin, Tryptophan und Threonin wurden von WPC beigesteuert, das in Weizenmehl fehlte.

Salatdressing

WPC fungierte als Emulgator und konnte 20% Eigelb ersetzen, was zu einer verbesserten Viskosität führte.

Schokolade

Der Ersatz von SMP durch WPC @ 5% verbesserte das Nährwertprofil und die Intensität der Maillard-Reaktion und ergab Schokolade mit verbessertem Geschmack und Mundgefühl.

Nudeln

Die Verwendung von WPC-70 in Konzentrationen von 5-10% in der Formulierung führte zu einer Erhöhung des Volumens, des Gewichts und des Quellungsverhältnisses.

Kaffeeweißer

WPC könnte 5-10% Na-Caseinat in der Formulierung ersetzen. Es führte zu einem Produkt mit höherer Viskosität, größerer Stabilität und sensorischer Akzeptanz als die Kontrolle.

Baiser

Baiser, das unter Verwendung von entfettetem WPC hergestellt wurde, hatte eine ähnliche Struktur und ein ähnliches Aussehen wie das Referenzeiweißprodukt.

Kuchen

Vollständiger Ersatz des Eies durch WPC führte zu einem hohen Belüftungswert.

Suppen

Der Einbau von WPC verbesserte die Konsistenz der Suppe.

Table 4 Application of WPC in food products

Food Category

Casein Product

Usage Level

Function

Ice cream

Na-caseinate

1-5%

Texture, stabilizer

Cheese product

Rennet casein, acid casein, caseinates

2-25%

Fat and water binding, texture, matrix formation

Coffee whiteners

Na-caseinate

1-10%

Fat emulsification

Whipped toppings

Na-caseinate

5-10%

Film former, fat emulsifier, stabilizer, bodying agent

Baked products

Casein, caseinates

1-25%

Nutrition, water binding

Confectionery

Caseinates

1-25%

Texture

Soups and gravies

Na-caseinate

5-20%

Nutrition, thickener

Table 5 Application of casein ingredient in food product

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