Kamil Nowakowski
Białka serwatkowe jako czynnik budulcowy mięśni
Prof. dr hab. inż. Stanisław Mleko
Dla osób uprawiających sporty siłowe najistotniejszą kwestią jest to, aby w organizmie cały czas miał miejsce pozytywny bilans azotowy. Oznacza to, iż ilość białka dostarczanego do organizmu powinna przekraczać ilości białka rozkładanego.
Jest to bardzo ważne z dwóch powodów.
Jednym z nich jest stały wzrost masy mięśniowej bądź utrzymywanie jej na stałym poziomie, drugim rola białka w procesie szybkiej regeneracji włókien mięśniowych, do których dochodzi podczas ćwiczeń siłowych.
Organizm poddany dużemu wysiłkowi fizycznemu łatwo wchodzi w stan kataboliczny. Dlatego tak bardzo istotne jest, aby zaraz po ustaniu tego wysiłku i dostarczeniu odpowiedniej ilości białka, wywołać z powrotem stan anaboliczny.
Dla uzyskania tego stanu konieczne jest, aby białko zawierało w swoim składzie odpowiednią ilość aminokwasów egzogennych, czyli takich które nie mogą być syntetyzowane w organizmie. W przeciwnym razie brak jakiegoś aminokwasu może być czynnikiem ograniczającym syntezę mięśni.
W skład aminokwasów egzogennych wchodzą takie aminokwasy jak fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, walina oraz, dodatkowo u dzieci, histydyna i arginina. Po treningu siłowym suplementowany organizm najbardziej potrzebuje egzogennych aminokwasów rozgałęzionych, czyli leucyny, izoleucyny i waliny. Aminokwasy te pobierane są bezpośrednio przez mięśnie szkieletowe. Szczególną rolę odgrywa leucyna, biorąca udział w odwracalnej fosforylacji białek, będącej jednym z etapów ich syntezy.
W dyskusji nad żywieniem sportowców nie sposób pominąć szczególną rolę jaką odgrywają białka serwatkowe. Zawierają one ok. 26% niezbędnych rozgałęzionych aminokwasów. Dla porównania białko jaja kurzego zawiera 22% tych aminokwasów, a sojowe 17%. Skład aminokwasowy białek serwatkowych jest podobny do białek mięśniowych, dzięki czemu podczas procesu trawienia aminokwasy są dostarczane do organizmu w odpowiedniej proporcji, istotnie wpływając na szybkość syntezy białek. Intensywne treningi siłowe powodują istotny wzrost zapotrzebowania na białko przez organizm.
W przypadku przeciętnego dorosłego człowieka wartość ta oscyluje wokół około 0,8 g/kg masy ciała, natomiast w przypadku sportowców wzrasta do 3, a nawet 4 g/kg masy ciała. W szczególności dotyczy to sportowców ćwiczących przy wspomaganiu sterydów anabolicznych, które powodują zwiększone zapotrzebowanie na azot, przyspieszając procesy anaboliczne i regenerację włókien mięśniowych.
W normalnych warunkach, podczas niedoboru białka, organizm ma możliwość pobierania białka z mięśni, w celu wykorzystania go do innych funkcji, lub do budowy innych organów.
Białka serwatkowe stanowią 20% białka ogólnego mleka, z czego około 75 % przypada na albuminy, czyli -laktoalbuminę i β-laktoglobulinę. Zalicza się do nich również albuminy serum (BSA) oraz immunoglobuliny. Obok tej głównej grupy w skład białek serwatkowych mogą wchodzić również β-kazeiny, laktoferyna, lizozym, laktoperoksydaza, białka membranowe oraz kazeinomakropeptyd w przypadku serwatki pochodzenia enzymatycznego. Kazeinomakropeptyd zwany inaczej glikomakropeptydem występuje w serwatce podpuszczkowej w ilości 1,2-1,5 g/dm3.
Koncentraty i izolaty białek serwatkowych, będące podstawowym składnikiem odżywek dla sportowców uprawiających sporty siłowe otrzymywane są w wyniku tzw. procesów czy technik membranowych.
Należą do nich: ultrafiltracja, mikrofiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza oraz techniki chromatograficzne i wymiana jonowa. Zanim na skalę przemysłową zaczęto z sukcesem stosować te techniki, białka serwatkowe izolowano z serwatki za pomocą wytrącania w punktach izoelektrycznych, przy zastosowaniu wysalania, lub też przez wytrącanie przy użyciu jonów wapnia z równoczesnym podgrzewaniem. Jednakże w wyniku tych procesów uzyskiwano w większości produkty nierozpuszczalne w wodzie.
Inna wadą tego procesu było to, że w jego efekcie otrzymywano białka w postaci zdenaturowanej, przez co traciły większość swoich właściwości funkcjonalnych. Fakt, iż nie były rozpuszczalne w wodzie stanowił przeszkodę uniemożliwiającą zastosowanie ich jako odżywek dla sportowców i osób prowadzących aktywny tryb życia.
Jeszcze w latach 80-tych ubiegłego wieku głównym produktem służącym do otrzymywania białkowych odżywek dla sportowców była albumina jaja kurzego. Jednakże od lat 80-tych nastąpił gwałtowny rozwój technik membranowych. Wyprodukowano membrany, które charakteryzowały się dużą wydajnością i odpornością. Nie wymagały częstej regeneracji i wymiany. W ostatnich 30-tu latach techniki membranowe znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle mleczarskim i nie tylko. Wzrost zainteresowania tymi metodami wśród praktyków wynika z możliwości zaadoptowania membran w przetwórstwie serwatki. Nowoczesne metody wykorzystywane do izolacji białek serwatkowych znalazły zastosowanie w produkcji nowych wyrobów, takich jak właśnie izolaty i koncentraty białek serwatkowych.
Zastosowanie tych technik umożliwiło wyprodukowanie różnorodnej gamy preparatów, od koncentratów o zawartości 35 % białka, do izolatów zawierających w swym składzie do 95 % białek w suchej masie. Sama zaś serwatka, zawierająca aż 93 % wody i tylko około 0,6 % białka z reguły nie jest używana jako składnik żywności. Dopiero uzyskane z niej w różnorodnych procesach technologicznych preparaty o różnej zawartości białka, mogą służyć jako składnik żywności Procesom separacji membranowej poddaje się zwykle ciecze, które w swym składzie zawierają wiele składników charakteryzujących się różnym stopniem dyspersji w roztworze wodnym.
Sam proces w uproszczeniu sprowadza się do kontrolowanego przepływu roztworu pod ciśnieniem nad odpowiednio wspartą membraną w kierunku równoległym do jej powierzchni, dzieląc się na dwie frakcje: koncentrat (retentat) – czyli rozpuszczalnik wraz z substancjami zatrzymanymi przez membranę, niezdolnymi pokonać jej porów, oraz przesącz (permeat) – czyli rozpuszczalnik wraz z substancjami przenikającymi przez membranę.
Czynnikiem decydującym o rodzaju cząsteczek przenikających przez membranę jest rozmiar jej porów. Przepływ cieczy przez jednostkę filtracyjną wywołany jest przez spadek ciśnienia Rozróżnienie takich procesów jak mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza jest możliwe dzięki różnicy w wielkości porów membrany i zdolności zatrzymywania określonych substancji. Każdy następny z tych wymienionych procesów charakteryzuje się malejącymi rozmiarami zatrzymanych cząsteczek i wymaga coraz to wyższego ciśnienia transmembranowego.
Generalnie procesy te powszechnie stosowane w przemyśle mleczarskim służą do zagęszczania (frakcjonowania) mleka i serwatki z zastosowaniem selektywnych membran. Mikrofiltracja w przemyśle mleczarskim stosowana jest w celu poprawy jakości mikrobiologicznej przez wydzielenie z mleka drobnych zanieczyszczeń i bakterii.
Proces ultrafiltracji znajduje jak dotąd najwięcej zastosowań, m.in. umożliwia produkcję koncentratów białkowych i serów. Ultrafiltracja mleka ukwaszonego umożliwia wytwarzanie smarownych serków twarogowych, będących alternatywą dla serków produkowanych metodą wirówkową.
W procesie nanofiltracji możliwa jest częściowa demineralizacja serwatki. Odwrócona osmoza znajduje zaś zastosowanie we wstępnym zatężaniu serwatki przed odparowaniem w wyparkach.
Procesy mikrofiltracji służą oddzielaniu od rozpuszczalnika dużych cząstek o wielkości od 0,02 do 2 m, albo masie cząsteczkowej większej niż 300 000 Da, takich jak mikroorganizmy, komórki, substancje mineralne, pigmenty. Proces ultrafiltracji umożliwia oddzielenie substancji o masach cząsteczkowych od 500 do 300 000 Da, zwykle polipeptydów, białek czy polisacharydów.
W procesach nazywanych odwróconą osmozą czy nanofiltracją możliwe jest rozdzielenie za pomocą specjalnych typów membran składników, które niewiele się od siebie różnią rozmiarami. Procesy wykorzystujące zastosowanie tzw. membran jonowymiennych umożliwiają rozdzielanie różnych jonów. Odwrócona osmoza jest głównie wykorzystywana do zagęszczania. Polega ona na przepuszczaniu przez membranę wody i śladowych ilości soli mineralnych oraz niebiałkowych związków azotowych.
Nanofiltracja jest stosunkowo nową techniką. Na skalę przemysłową zaczęła być stosowana w latach 80-tych. Nazwa tego procesu pochodzi od wielkości średnicy porów membran, wielkości nanometrów. Stosowane w procesie ciśnienie operacyjne wynosi zwykle 2-4 MPa. Charakterystyczną cechą tego procesu jest równoczesne zagęszczanie i demineralizacja. Nanofiltracja stosowana jest do zagęszczania/odsalania serwatki kwasowej. Dzięki zastosowaniu tej metody możliwe stało się wykorzystanie jej jako wartościowego produktu spożywczego, stosowanego w produkcji odżywek dla dzieci czy lodów.
Ultrafiltracja jest procesem służącym do frakcjonowania, zagęszczania i oczyszczania. Proces ultrafiltracji polega na selektywnym przenikaniu składników przez półprzezroczystą błonę, przy stosowaniu wymuszonego ciśnienia zewnętrznego. Makrocząsteczki, takie jak tłuszcz czy białka, są zatrzymywane, zaś substancje posiadające mniejszą masę cząsteczkową, jak choćby sole mineralne, kwasy, niskocząsteczkowe peptydy czy laktoza przenikają przez membranę.
W taki sposób otrzymywane są koncentraty o stężeniu białka od 30 do 50 %. Izolaty białek serwatkowych (WPI) zawierają w swoim składzie stosunkowo więcej białka, mniej laktozy i związków mineralnych niż koncentraty białek serwatkowych (WPC). Proces produkcji izolatów może przebiegać na dwa sposoby: w procesie wymiany jonowej i mikrofiltracji. Przy zastosowaniu wymiany jonowej zakwasza się serwatkę poniżej pI (punktu izoelektrycznego) białek i następnie przepuszcza przez kolumnę wypełnioną kationitem. Rolą kationitu jest absorbowanie dodatnio naładowanych cząsteczek białka, natomiast laktoza, tłuszcz i sole mineralne przechodzą do wycieku z kolumny. Następnie białka serwatkowe w środowisku zasadowym wymywane są z kationitów, oczyszczane metodami membranowymi i suszone rozpyłowo. Możliwe jest również oddzielanie białek serwatkowych na anionitach, jednakże w takim przypadku pH środowiska musi być wyższe od punktu izoelektrycznego białek serwatkowych, natomiast białka wymywane są roztworem kwasu.
Dwa najczęściej wystepujące białka serwatkowe to β-Laktoglobulina (β-lg) i -laktoalbumina (-la). β-Laktoglobulina jest głównym białkiem serwatkowym występującym w mleku krowim oraz innych przeżuwaczy. Oprócz tego występuje również w mleku niektórych nie przeżuwaczy takich jak świnia, koń, delfin i kot. Stanowi 50-60 % ogólnej ilości białek serwatkowych i występuje w wariantach genetycznych. Składa się z 162 aminokwasów. Jej masa cząsteczkowa wynosi 18,3 kDa. Zgodnie z obecną wiedzą naukową bydlęca β-laktoglobuliny wystepuje w 5 wariantach genetycznych, z czego przeważają fenotypy A i B. Różnice w budowie wariantu A i wariantu B są niewielkie i dotyczą tylko dwóch aminokwasów. a drugim miejscu co do zawartości białka spośród wszystkich białek serwatkowych znajduje się -laktoalbumina (-la),stanowiąca w mleku krowim od 20 do 25%. Około 74 % sekwencji aminokwasowych w ludzkiej -La jest zgodnych z bydlęcą laktoalbuminą.
Bydlęca -laktoalbumina złożona jest ze 123 aminokwasów i posiada zdolność przyłączania jonów wapniowych.
Zakończenie aminowe białka pochodzi od kwasu glutaminowego, podczas gdy grupa karboksylowa pochodzi od leucyny. Białko to zawiera stosunkowo dużą ilość niezbędnych aminokwasów, jak tryptofan, lizyna i cysteina. -Laktoalbumina dobrze rozpuszcza się w wodzie i roztworach chlorku sodu. Właściwość ta jest wykorzystywana do selektywnego wydzielania tego białka. Białko to ma stosunkowo dobrą stabilność cieplną, kiedy jest związane z wapniem i może ulegać glikozylacji z mannozą, galaktozą, fruktozą, glukozą i laktozą. W istocie 10 % -laktoalbuminy występującej w mleku bydlęcym jest w formie połączenia z laktozą. Odróżnia ją to od -la występującej w mleku ludzkim, która nie wiąże tego disacharydu. -Laktoalbumina posiada zdolność do oddziaływania z substancjami hydrofobowymi, takimi jak hydrofobowe peptydy, tłuszcze membranowe, kwasy tłuszczowe, co może pogarszać jej właściwości funkcjonalne.
Często można spotkać stwierdzenia, że odżywki białkowe nie zawierają w swoim składzie -laktoalbuminy. Po pierwsze nie jest łatwo analitycznie oznaczyć skład białkowy tych preparatów. Użycie powszechnie stosowanej metody elektroforezy napotyka na trudności, gdyż -laktoglobulina i -laktoalbumina charakteryzują się podobnymi masami cząsteczkowymi (odpowiednio 18,4 kDa i 14,2 kDa). Tak naprawdę nie ma większego znaczenia czy odżywka zawiera mniejsze lub większe ilości -laktoalbuminy, gdyż wszystkie białka serwatkowe charakteryzują się podobnym składem aminokwasowym i zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne, czyli takie, które muszą być dostarczane do organizmu z pożywieniem.
Należy pamiętać, że elementami budulcowymi tkanki mięśniowej nie są białka, ale aminokwasy. Dostarczenie wszystkich aminokwasów egzogennych w odpowiedniej ilości gwarantuje, że organizm może syntetyzować białka mięśni. Aminokwasy są dostarczane do organizmu kulturysty nie tylko w postaci odżywek białkowych, ale również w mniejszej ilości z produktów roślinnych. Nawet białka ziemniaków charakteryzują się dość dobrym składem aminokwasowym, jednak nie zawierają wszystkich aminokwasów egzogennych. Należy również pamiętać, iż organizm człowieka ma zdolność do przenoszenia grup funkcyjnych aminokwasów. Tak więc wszystkie aminokwasy endogenne mogą być syntetyzowane z innych aminokwasów. Aminokwasy (poza suplementacją) powstają w organizmie z białek w wyniku hydrolizy. Białko będzie stanowić budulec mięśni o ile wcześniej zostanie strawione. Tylko u noworodków immunoglobuliny mogą być wchłaniane na drodze pinocytozy.
W organizmie człowieka białko ulega trawieniu przez proteazy żołądkowe, trzustkowe i jelitowe, aż do początkowego odcinka jelita czczego. Białko w 50% ulega strawieniu i wchłonięciu zanim osiągnie obwodowy odcinek dwunastnicy, a w 90% zanim dostanie się do jelita krętego. W żołądku mogą być trawione wszystkie białka z wyjątkiem protamin i keratyny. Niskie pH żołądka powoduje natomiast denaturację i pęcznienie białek ciężko strawnych, takich jak: kolagen, elastyna, skleroproteina czy keratyna. Zdenaturowane białka w żołądku łatwiej następnie ulegają trawieniu przez proteazy żołądkowe i trzustkowe.
Hydroliza natywnych białek serwatkowych w żołądku przebiega dość opornie z uwagi na fakt, iż charakteryzują się one zwartą globularną budową. Podatność tych białek na hydrolizę może zostać zwiększona przez ich rozfałdowanie za pomocą ogrzewania, wysokiego ciśnienia czy zmianę polarności ośrodka. Również sulfitoliza i estryfikacja tych białek zwiększają możliwości ich hydrolizy . Na skutek działania hydrolizy powstają peptydy. Ma to pozytywne działanie dla zdrowia człowieka, gdyż krótkołańcuchowe peptydy są mniej antygeniczne na skutek eliminacji sekwencyjnych epitofów. Ciekawym zjawiskiem jest fakt, iż di- i tripeptydy wchłaniają się szybciej w jelitach niż wolne aminokwasy.
Hydrolizaty białek serwatkowych są już od wielu lat na rynku z uwagi na swoje znakomite właściwości odżywcze i funkcjonalne. Za pomocą hydrolizy modyfikuje się właściwości emulgujące i pianotwórcze białek mleka. Stosuje się je jako dodatki funkcjonalne do żywności oraz przede wszystkim jako odżywki dla sportowców. W porównaniu do natywnych białek serwatkowych ich zaletą jest lepsza stabilność cieplna, zmniejszona alergenność, zawartość bioaktywnych peptydów oraz możliwością otrzymania peptydów o zaprogramowanej wcześniej długości, w celu otrzymania produktów dla osób o specjalnej diecie. Dotyczy to poza sportowcami odżywek dla dzieci, rekonwalescentów po chorobach i operacjach oraz osób cierpiących na przewlekłe choroby np. AIDS czy zapalenie wątroby. Istnieją liczne badania dotyczące enzymatycznej hydrolizy podstawowego białka serwatkowego jakim jest -laktoglobulina. Poza pepsyną i trypsyną używano specyficznych proteaz otrzymanych z takich mikroorganizmów jak Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis oraz alkalazy, bromelainy i papainy. Ograniczona hydroliza białek powoduje często poprawę właściwości funkcjonalnych białek.
Reasumując, białka serwatkowe są znakomitą odżywką dla mięśni i nie ma to wielkiego znaczenia czy zawierają mniejsze czy większe ilości -laktoalbuminy czy innych białek serwatkowych, gdyż wszystkie one muszą ulec hydrolizie i dopiero otrzymane aminokwasy stanowią element budulcowy mięśni.
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:17:08
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:18:24
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:19:14
Prof. dr hab. inż. Stanisław Mleko
Dla osób uprawiających sporty siłowe najistotniejszą kwestią jest to, aby w organizmie cały czas miał miejsce pozytywny bilans azotowy. Oznacza to, iż ilość białka dostarczanego do organizmu powinna przekraczać ilości białka rozkładanego.
Jest to bardzo ważne z dwóch powodów.
Jednym z nich jest stały wzrost masy mięśniowej bądź utrzymywanie jej na stałym poziomie, drugim rola białka w procesie szybkiej regeneracji włókien mięśniowych, do których dochodzi podczas ćwiczeń siłowych.
Organizm poddany dużemu wysiłkowi fizycznemu łatwo wchodzi w stan kataboliczny. Dlatego tak bardzo istotne jest, aby zaraz po ustaniu tego wysiłku i dostarczeniu odpowiedniej ilości białka, wywołać z powrotem stan anaboliczny.
Dla uzyskania tego stanu konieczne jest, aby białko zawierało w swoim składzie odpowiednią ilość aminokwasów egzogennych, czyli takich które nie mogą być syntetyzowane w organizmie. W przeciwnym razie brak jakiegoś aminokwasu może być czynnikiem ograniczającym syntezę mięśni.
W skład aminokwasów egzogennych wchodzą takie aminokwasy jak fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, walina oraz, dodatkowo u dzieci, histydyna i arginina. Po treningu siłowym suplementowany organizm najbardziej potrzebuje egzogennych aminokwasów rozgałęzionych, czyli leucyny, izoleucyny i waliny. Aminokwasy te pobierane są bezpośrednio przez mięśnie szkieletowe. Szczególną rolę odgrywa leucyna, biorąca udział w odwracalnej fosforylacji białek, będącej jednym z etapów ich syntezy.
W dyskusji nad żywieniem sportowców nie sposób pominąć szczególną rolę jaką odgrywają białka serwatkowe. Zawierają one ok. 26% niezbędnych rozgałęzionych aminokwasów. Dla porównania białko jaja kurzego zawiera 22% tych aminokwasów, a sojowe 17%. Skład aminokwasowy białek serwatkowych jest podobny do białek mięśniowych, dzięki czemu podczas procesu trawienia aminokwasy są dostarczane do organizmu w odpowiedniej proporcji, istotnie wpływając na szybkość syntezy białek. Intensywne treningi siłowe powodują istotny wzrost zapotrzebowania na białko przez organizm.
W przypadku przeciętnego dorosłego człowieka wartość ta oscyluje wokół około 0,8 g/kg masy ciała, natomiast w przypadku sportowców wzrasta do 3, a nawet 4 g/kg masy ciała. W szczególności dotyczy to sportowców ćwiczących przy wspomaganiu sterydów anabolicznych, które powodują zwiększone zapotrzebowanie na azot, przyspieszając procesy anaboliczne i regenerację włókien mięśniowych.
W normalnych warunkach, podczas niedoboru białka, organizm ma możliwość pobierania białka z mięśni, w celu wykorzystania go do innych funkcji, lub do budowy innych organów.
Białka serwatkowe stanowią 20% białka ogólnego mleka, z czego około 75 % przypada na albuminy, czyli -laktoalbuminę i β-laktoglobulinę. Zalicza się do nich również albuminy serum (BSA) oraz immunoglobuliny. Obok tej głównej grupy w skład białek serwatkowych mogą wchodzić również β-kazeiny, laktoferyna, lizozym, laktoperoksydaza, białka membranowe oraz kazeinomakropeptyd w przypadku serwatki pochodzenia enzymatycznego. Kazeinomakropeptyd zwany inaczej glikomakropeptydem występuje w serwatce podpuszczkowej w ilości 1,2-1,5 g/dm3.
Koncentraty i izolaty białek serwatkowych, będące podstawowym składnikiem odżywek dla sportowców uprawiających sporty siłowe otrzymywane są w wyniku tzw. procesów czy technik membranowych.
Należą do nich: ultrafiltracja, mikrofiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza oraz techniki chromatograficzne i wymiana jonowa. Zanim na skalę przemysłową zaczęto z sukcesem stosować te techniki, białka serwatkowe izolowano z serwatki za pomocą wytrącania w punktach izoelektrycznych, przy zastosowaniu wysalania, lub też przez wytrącanie przy użyciu jonów wapnia z równoczesnym podgrzewaniem. Jednakże w wyniku tych procesów uzyskiwano w większości produkty nierozpuszczalne w wodzie.
Inna wadą tego procesu było to, że w jego efekcie otrzymywano białka w postaci zdenaturowanej, przez co traciły większość swoich właściwości funkcjonalnych. Fakt, iż nie były rozpuszczalne w wodzie stanowił przeszkodę uniemożliwiającą zastosowanie ich jako odżywek dla sportowców i osób prowadzących aktywny tryb życia.
Jeszcze w latach 80-tych ubiegłego wieku głównym produktem służącym do otrzymywania białkowych odżywek dla sportowców była albumina jaja kurzego. Jednakże od lat 80-tych nastąpił gwałtowny rozwój technik membranowych. Wyprodukowano membrany, które charakteryzowały się dużą wydajnością i odpornością. Nie wymagały częstej regeneracji i wymiany. W ostatnich 30-tu latach techniki membranowe znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle mleczarskim i nie tylko. Wzrost zainteresowania tymi metodami wśród praktyków wynika z możliwości zaadoptowania membran w przetwórstwie serwatki. Nowoczesne metody wykorzystywane do izolacji białek serwatkowych znalazły zastosowanie w produkcji nowych wyrobów, takich jak właśnie izolaty i koncentraty białek serwatkowych.
Zastosowanie tych technik umożliwiło wyprodukowanie różnorodnej gamy preparatów, od koncentratów o zawartości 35 % białka, do izolatów zawierających w swym składzie do 95 % białek w suchej masie. Sama zaś serwatka, zawierająca aż 93 % wody i tylko około 0,6 % białka z reguły nie jest używana jako składnik żywności. Dopiero uzyskane z niej w różnorodnych procesach technologicznych preparaty o różnej zawartości białka, mogą służyć jako składnik żywności Procesom separacji membranowej poddaje się zwykle ciecze, które w swym składzie zawierają wiele składników charakteryzujących się różnym stopniem dyspersji w roztworze wodnym.
Sam proces w uproszczeniu sprowadza się do kontrolowanego przepływu roztworu pod ciśnieniem nad odpowiednio wspartą membraną w kierunku równoległym do jej powierzchni, dzieląc się na dwie frakcje: koncentrat (retentat) – czyli rozpuszczalnik wraz z substancjami zatrzymanymi przez membranę, niezdolnymi pokonać jej porów, oraz przesącz (permeat) – czyli rozpuszczalnik wraz z substancjami przenikającymi przez membranę.
Czynnikiem decydującym o rodzaju cząsteczek przenikających przez membranę jest rozmiar jej porów. Przepływ cieczy przez jednostkę filtracyjną wywołany jest przez spadek ciśnienia Rozróżnienie takich procesów jak mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza jest możliwe dzięki różnicy w wielkości porów membrany i zdolności zatrzymywania określonych substancji. Każdy następny z tych wymienionych procesów charakteryzuje się malejącymi rozmiarami zatrzymanych cząsteczek i wymaga coraz to wyższego ciśnienia transmembranowego.
Generalnie procesy te powszechnie stosowane w przemyśle mleczarskim służą do zagęszczania (frakcjonowania) mleka i serwatki z zastosowaniem selektywnych membran. Mikrofiltracja w przemyśle mleczarskim stosowana jest w celu poprawy jakości mikrobiologicznej przez wydzielenie z mleka drobnych zanieczyszczeń i bakterii.
Proces ultrafiltracji znajduje jak dotąd najwięcej zastosowań, m.in. umożliwia produkcję koncentratów białkowych i serów. Ultrafiltracja mleka ukwaszonego umożliwia wytwarzanie smarownych serków twarogowych, będących alternatywą dla serków produkowanych metodą wirówkową.
W procesie nanofiltracji możliwa jest częściowa demineralizacja serwatki. Odwrócona osmoza znajduje zaś zastosowanie we wstępnym zatężaniu serwatki przed odparowaniem w wyparkach.
Procesy mikrofiltracji służą oddzielaniu od rozpuszczalnika dużych cząstek o wielkości od 0,02 do 2 m, albo masie cząsteczkowej większej niż 300 000 Da, takich jak mikroorganizmy, komórki, substancje mineralne, pigmenty. Proces ultrafiltracji umożliwia oddzielenie substancji o masach cząsteczkowych od 500 do 300 000 Da, zwykle polipeptydów, białek czy polisacharydów.
W procesach nazywanych odwróconą osmozą czy nanofiltracją możliwe jest rozdzielenie za pomocą specjalnych typów membran składników, które niewiele się od siebie różnią rozmiarami. Procesy wykorzystujące zastosowanie tzw. membran jonowymiennych umożliwiają rozdzielanie różnych jonów. Odwrócona osmoza jest głównie wykorzystywana do zagęszczania. Polega ona na przepuszczaniu przez membranę wody i śladowych ilości soli mineralnych oraz niebiałkowych związków azotowych.
Nanofiltracja jest stosunkowo nową techniką. Na skalę przemysłową zaczęła być stosowana w latach 80-tych. Nazwa tego procesu pochodzi od wielkości średnicy porów membran, wielkości nanometrów. Stosowane w procesie ciśnienie operacyjne wynosi zwykle 2-4 MPa. Charakterystyczną cechą tego procesu jest równoczesne zagęszczanie i demineralizacja. Nanofiltracja stosowana jest do zagęszczania/odsalania serwatki kwasowej. Dzięki zastosowaniu tej metody możliwe stało się wykorzystanie jej jako wartościowego produktu spożywczego, stosowanego w produkcji odżywek dla dzieci czy lodów.
Ultrafiltracja jest procesem służącym do frakcjonowania, zagęszczania i oczyszczania. Proces ultrafiltracji polega na selektywnym przenikaniu składników przez półprzezroczystą błonę, przy stosowaniu wymuszonego ciśnienia zewnętrznego. Makrocząsteczki, takie jak tłuszcz czy białka, są zatrzymywane, zaś substancje posiadające mniejszą masę cząsteczkową, jak choćby sole mineralne, kwasy, niskocząsteczkowe peptydy czy laktoza przenikają przez membranę.
W taki sposób otrzymywane są koncentraty o stężeniu białka od 30 do 50 %. Izolaty białek serwatkowych (WPI) zawierają w swoim składzie stosunkowo więcej białka, mniej laktozy i związków mineralnych niż koncentraty białek serwatkowych (WPC). Proces produkcji izolatów może przebiegać na dwa sposoby: w procesie wymiany jonowej i mikrofiltracji. Przy zastosowaniu wymiany jonowej zakwasza się serwatkę poniżej pI (punktu izoelektrycznego) białek i następnie przepuszcza przez kolumnę wypełnioną kationitem. Rolą kationitu jest absorbowanie dodatnio naładowanych cząsteczek białka, natomiast laktoza, tłuszcz i sole mineralne przechodzą do wycieku z kolumny. Następnie białka serwatkowe w środowisku zasadowym wymywane są z kationitów, oczyszczane metodami membranowymi i suszone rozpyłowo. Możliwe jest również oddzielanie białek serwatkowych na anionitach, jednakże w takim przypadku pH środowiska musi być wyższe od punktu izoelektrycznego białek serwatkowych, natomiast białka wymywane są roztworem kwasu.
Dwa najczęściej wystepujące białka serwatkowe to β-Laktoglobulina (β-lg) i -laktoalbumina (-la). β-Laktoglobulina jest głównym białkiem serwatkowym występującym w mleku krowim oraz innych przeżuwaczy. Oprócz tego występuje również w mleku niektórych nie przeżuwaczy takich jak świnia, koń, delfin i kot. Stanowi 50-60 % ogólnej ilości białek serwatkowych i występuje w wariantach genetycznych. Składa się z 162 aminokwasów. Jej masa cząsteczkowa wynosi 18,3 kDa. Zgodnie z obecną wiedzą naukową bydlęca β-laktoglobuliny wystepuje w 5 wariantach genetycznych, z czego przeważają fenotypy A i B. Różnice w budowie wariantu A i wariantu B są niewielkie i dotyczą tylko dwóch aminokwasów. a drugim miejscu co do zawartości białka spośród wszystkich białek serwatkowych znajduje się -laktoalbumina (-la),stanowiąca w mleku krowim od 20 do 25%. Około 74 % sekwencji aminokwasowych w ludzkiej -La jest zgodnych z bydlęcą laktoalbuminą.
Bydlęca -laktoalbumina złożona jest ze 123 aminokwasów i posiada zdolność przyłączania jonów wapniowych.
Zakończenie aminowe białka pochodzi od kwasu glutaminowego, podczas gdy grupa karboksylowa pochodzi od leucyny. Białko to zawiera stosunkowo dużą ilość niezbędnych aminokwasów, jak tryptofan, lizyna i cysteina. -Laktoalbumina dobrze rozpuszcza się w wodzie i roztworach chlorku sodu. Właściwość ta jest wykorzystywana do selektywnego wydzielania tego białka. Białko to ma stosunkowo dobrą stabilność cieplną, kiedy jest związane z wapniem i może ulegać glikozylacji z mannozą, galaktozą, fruktozą, glukozą i laktozą. W istocie 10 % -laktoalbuminy występującej w mleku bydlęcym jest w formie połączenia z laktozą. Odróżnia ją to od -la występującej w mleku ludzkim, która nie wiąże tego disacharydu. -Laktoalbumina posiada zdolność do oddziaływania z substancjami hydrofobowymi, takimi jak hydrofobowe peptydy, tłuszcze membranowe, kwasy tłuszczowe, co może pogarszać jej właściwości funkcjonalne.
Często można spotkać stwierdzenia, że odżywki białkowe nie zawierają w swoim składzie -laktoalbuminy. Po pierwsze nie jest łatwo analitycznie oznaczyć skład białkowy tych preparatów. Użycie powszechnie stosowanej metody elektroforezy napotyka na trudności, gdyż -laktoglobulina i -laktoalbumina charakteryzują się podobnymi masami cząsteczkowymi (odpowiednio 18,4 kDa i 14,2 kDa). Tak naprawdę nie ma większego znaczenia czy odżywka zawiera mniejsze lub większe ilości -laktoalbuminy, gdyż wszystkie białka serwatkowe charakteryzują się podobnym składem aminokwasowym i zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne, czyli takie, które muszą być dostarczane do organizmu z pożywieniem.
Należy pamiętać, że elementami budulcowymi tkanki mięśniowej nie są białka, ale aminokwasy. Dostarczenie wszystkich aminokwasów egzogennych w odpowiedniej ilości gwarantuje, że organizm może syntetyzować białka mięśni. Aminokwasy są dostarczane do organizmu kulturysty nie tylko w postaci odżywek białkowych, ale również w mniejszej ilości z produktów roślinnych. Nawet białka ziemniaków charakteryzują się dość dobrym składem aminokwasowym, jednak nie zawierają wszystkich aminokwasów egzogennych. Należy również pamiętać, iż organizm człowieka ma zdolność do przenoszenia grup funkcyjnych aminokwasów. Tak więc wszystkie aminokwasy endogenne mogą być syntetyzowane z innych aminokwasów. Aminokwasy (poza suplementacją) powstają w organizmie z białek w wyniku hydrolizy. Białko będzie stanowić budulec mięśni o ile wcześniej zostanie strawione. Tylko u noworodków immunoglobuliny mogą być wchłaniane na drodze pinocytozy.
W organizmie człowieka białko ulega trawieniu przez proteazy żołądkowe, trzustkowe i jelitowe, aż do początkowego odcinka jelita czczego. Białko w 50% ulega strawieniu i wchłonięciu zanim osiągnie obwodowy odcinek dwunastnicy, a w 90% zanim dostanie się do jelita krętego. W żołądku mogą być trawione wszystkie białka z wyjątkiem protamin i keratyny. Niskie pH żołądka powoduje natomiast denaturację i pęcznienie białek ciężko strawnych, takich jak: kolagen, elastyna, skleroproteina czy keratyna. Zdenaturowane białka w żołądku łatwiej następnie ulegają trawieniu przez proteazy żołądkowe i trzustkowe.
Hydroliza natywnych białek serwatkowych w żołądku przebiega dość opornie z uwagi na fakt, iż charakteryzują się one zwartą globularną budową. Podatność tych białek na hydrolizę może zostać zwiększona przez ich rozfałdowanie za pomocą ogrzewania, wysokiego ciśnienia czy zmianę polarności ośrodka. Również sulfitoliza i estryfikacja tych białek zwiększają możliwości ich hydrolizy . Na skutek działania hydrolizy powstają peptydy. Ma to pozytywne działanie dla zdrowia człowieka, gdyż krótkołańcuchowe peptydy są mniej antygeniczne na skutek eliminacji sekwencyjnych epitofów. Ciekawym zjawiskiem jest fakt, iż di- i tripeptydy wchłaniają się szybciej w jelitach niż wolne aminokwasy.
Hydrolizaty białek serwatkowych są już od wielu lat na rynku z uwagi na swoje znakomite właściwości odżywcze i funkcjonalne. Za pomocą hydrolizy modyfikuje się właściwości emulgujące i pianotwórcze białek mleka. Stosuje się je jako dodatki funkcjonalne do żywności oraz przede wszystkim jako odżywki dla sportowców. W porównaniu do natywnych białek serwatkowych ich zaletą jest lepsza stabilność cieplna, zmniejszona alergenność, zawartość bioaktywnych peptydów oraz możliwością otrzymania peptydów o zaprogramowanej wcześniej długości, w celu otrzymania produktów dla osób o specjalnej diecie. Dotyczy to poza sportowcami odżywek dla dzieci, rekonwalescentów po chorobach i operacjach oraz osób cierpiących na przewlekłe choroby np. AIDS czy zapalenie wątroby. Istnieją liczne badania dotyczące enzymatycznej hydrolizy podstawowego białka serwatkowego jakim jest -laktoglobulina. Poza pepsyną i trypsyną używano specyficznych proteaz otrzymanych z takich mikroorganizmów jak Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis oraz alkalazy, bromelainy i papainy. Ograniczona hydroliza białek powoduje często poprawę właściwości funkcjonalnych białek.
Reasumując, białka serwatkowe są znakomitą odżywką dla mięśni i nie ma to wielkiego znaczenia czy zawierają mniejsze czy większe ilości -laktoalbuminy czy innych białek serwatkowych, gdyż wszystkie one muszą ulec hydrolizie i dopiero otrzymane aminokwasy stanowią element budulcowy mięśni.
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:17:08
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:18:24
Zmieniony przez - Kamil Nowakowski w dniu 2014-01-06 11:19:14
Krzysztof Piekarz
