Miten maidon prosessointi vaikuttaa maidon proteiinien imeytymiseen?

Maito on yksi tärkeimmistä elintarvikkeista. Sen ravitsemuksellinen laatu on hyvä ja siitä saa paljon ihmiselle välttämättömiä aminohappoja. Se myös sisältää paljon kivennäisaineita. Useimmat suomalaiset maidot ovat myös D-vitaminoituja, joten ne ovat myös mainio D-vitamiinin lähde. Maidon proteiinien kannalta on kuitenkin herännyt kysymys, että miten maidon prosessointi vaikuttaa niiden imeytyvyyteen. Jos haluaa saada paljon proteiinia maidosta, minkälaista maitoa pitäisi juoda? Pyrimme tässä artikkelissa vastaamaan tähän kysymykseen.

Maitoa prosessoidaan usealla eri menetelmällä ennen kuin se menee kaupan hyllylle myyntiin. Maitoa prosessoidaan siksi, että sen hyllyikää voitaisiin nostaa ja se olisi turvallinen kuluttajalle. Maidon maulla ja hajulla on myös väliä joten sekin otetaan huomioon maitoa prosessoitaessa. Prosessoinnin alussa maito otetaan vastaan meijeriltä ja kuljetetaan raakamaitosiiloissa prosessointitehtaalle. Tämän jälkeen maito separoidaan eli siitä mekaanisesti erotaan keskipakoisvoiman avulla maidon komponentit. Maitoteollisuudessa separoidaan maidon rasvaosa eli kerma ja rasvaton maito-osa. Separoinnin jälkeen maito vaikoidaan eli sen rasvaprosentti säädetään halutunlaiseksi. Suomessa myydään maitoa joiden rasvaprosentit ovat 0% (Rasvaton maito), 1% (Ykkösmaito), 1,5% (kevytmaito) ja täysmaitoa (3,5%). Markkinoilla on myös ternimaitoa (n. 3,4 % rasvaa). Raakamaidon rasvaprosentti on noin 4,4%. Vakionti tapahtuu joko suoraan sekoittamalla kermaa rasvattoman maidon kanssa (Panosvakiointi) tai separoinnin aikana rasvaprosenti säätelemistä sekoittamalla kermaa ja rasvatonta maitoa (suoravakiointi). Vakioinnin jälkeen maito homogenoidaan eli maidossa olevat rasvapalloset pilkotaan pieniksi pisaroiksi, jotta maito pysyisi yhtenäisenä eikä rasva tasottuisi maidon pintaan säilytyksen aikana. Markkinoilta löytyy myös homogenoimatonta maitoa. Loppuvaiheissa maidon prosessointia maidolle tehdään vielä lämpökäsittely. Yleisin lämpökäsittelymenetelmä on pastörointi, jossa maitoa kuumennetaan vähintään +72 asteeseen 15 sekunnin ajaksi. Tämän tarkoituksena on tappaa kaikki haitalliset bakteerit ja muut mikrobit maidosta. Pastöroinnin etuna on se, että se ei vaurioita maidon proteiinien rakennetta ja muita komponentteja. Pastöroinnin ongelmana on että se ei tapa bakteerien itiöitä joten maito ei ole täysin steriili. Maitoa voidaan pastöroida myös korkeammissa lämpötiloissa, mutta tällä on riski vaurioittaa maidon komponenttien rakennetta. Tätä kuumennusta kutsutaan nimellä ESL-kuumennus (ESL = Extended shelf life). Toinen lämpökäsittely on iskukuumennus eli UHT-kuumennus. Tässä kuumennuksessa maito nostatetaan noin sekunnin ajaksi +135 asteeseen. Tämä efektiivisesti tappaa kaikki mikrobit maidosta ja lisää tuotteen hyllyikää kuukausilla. Pastöroitu maito yleisimmin säilyy muutamia päiviä. Nyt tiedämme miten maitoa prosessoidaan. Nyt voimme käsitellä että miten prosessointimenetelmät vaikuttavat maidon proteiineihin.

Maidosta löytyy monia proteiineja. Nämä jakautuvat kaseiineihin ja heraproteiineihin. Maidon proteiinit koostuvat 80% kaseiineista ja 20% heraproteiineista. Maidon tärkeimmät proteiinit ja ravistemuksellisesti tärkeimmät proteiinit ovat heraproteiineja. Maidosta löytää esimerkiksi laktalbumiinia, laktoglobuliineja ja immunoglobuliineja. Maidon proteiineista löytää kaikki  ihmiselle välttämättömät aminohapot. Miten nämä maidon proteiinit imeytyvät ihmisen kehoon? Proteiinien hajoaminen alkaa mahalaukussa, jossa kaseiiniproteeinit ja heraproteiinit hajotetaan pienempiin osiin. Ohutsuoleen mennessään haiman entsyymit peptidaasit alkavat hajottamaan peptidisidoksia pilkotuista proteiineista. Lopulta ohutsuolessa tapahtuu aminohappuketjujen lopullinen hajotus yksittäisiksi aminohapoiksi enterosyyteissä ja enterosyyttien kautta ne imeytyvät verenkiertoon. Näin saamme maidosta helposti meille välttämättömät aminohapot, mutta kuinka hyvin kehomme kykenevät imemään näitä maidon prosessoinnin jälkeen?

Maidon proteiinien imeytymiseen siis vaikuttaa ihmisen ruuansulastuselimstön kyky tunnistaa ja hajottaa proteiineja ja niiden peptidisidoksiaMaido prosessoinnissavarsinkin lämpökäsittelyissäproteiinit joutuvat suuren stressin alaiseksi ja niissä voi tapahtua rakenteellisiä muutoksia tekemässä analyysissä todettiinettä lämpökäsittelyssä tapahtuva proteiniien aggregaatio ja denaturaatio voivat johtaa proteiinien laadun laskuun ja imeytyvyyden heikentymiseenErittäin tarkasti on tutkittu glykaatiota ja sen vaikutusta proteiinien imeytyvyyteen. Tietoa glykaatiosta löydät alla olevasta sivuotsikosta. Taulukko 2 kuvainnollistaa tehtyjä kokeita proteiinien imeytyvyyteen erilaisten lämpökäsittelyjen jälkeen. Voimme taulukoiden avulla todeta senettä proteiinien ja erityisesti lysiinin imeytyminen on lämpökäsiteelyn jälkeen heikentynytUskotaanettä proteiinien denaturoituessa ja aggregoituessa taphtuu proteiinien konformaatiossa muutoksiajotka estävät ruuansulatuselimistön entsyyminen toimintaa siten ettäne eivät kykene tunnistamaan peptidisidoksia ja pilkkomaan niitäMuita teorioita on että entsyymit eivät pääse peptidisidoksien pilkkomisalueille ja eivät kykene pilkkomaan proteiinia aminohapoiksi (Lieshout ym. 2019). 

Miten maidon prosessointi vaikuttaa maidon proteiinien imeytyvyyteen? Maidon prosessointi varsinkin maidon lämpökäsittely aiheuttaa maidon proteiineissa denaturaatiota ja aggregoitumistamitkä muuttavat proteiinien rakennetta. Joskus nämä uudet muodot heikentävät proteiinien laatua ja ihmisen ruuansulatuselimistön entsyymit eivät kykene pilkkomaan proteiiniamikä johtaa imeytyvyyden laskuunMaidossa olevat proteiinitvarsinkin heraproteiinit ovat tärkeitäkoska ne sisältävät ihmiselle välttämättömiä aminohappoja. On siis tärkeää maitoa prosessoitaessa ottaa huomioon miten prosessointi vaikuttaa proteiinien laatuun ja sitä kautta imeytyvyyteen. 

 

Taulukko 1:

Taulukko 2:

Maitoproteiinin glykaatio 

Maidon lämpökäsittely voi aiheuttaa maidon sokereiden eli laktoosin kiinnittymisen maitoproteiinien aminohappoihintä ei entsymaattista tapahtumaa kutsutaan glykaatioksi (eng. glycation) (Nyakayiru ym. 2020). Nyakayirun ym. (2020) tutkimuksessa selvitettiin glykaation vaikutusta maitoproteiinin imeytymiseen. Tutkimukseen osallistuvat nauttivat kolmen päivän ajan kolme 40g:n kokoista maitoproteiiniannostajoilla oli eri glykaatoituneisuusasteet: 3%, 20% ja 50%. 

Tutkimuksessa mitattiin aterianjälkeistä veren välttämättömien aminohappojen konsentraatiota. Välttämättömien aminohappojen kokonaisimeytyminen laski tasaisesti glykatoituneisuusasteen mukaanLysiinin imeytymisessä kuitenkin selkein eroTällä voi olla mahdollisesti vaikutusta proteiinisynteesiinsillä lysiini on välttämätön aminohappo sekä se voi olla rajoittava tekijä proteiinisynteesissä. Maidon lämpötilakäsittelyllä voidaan vaikuttaa maitoproteiinin glykaatioon. Glykaatio puolestaan voi vaikuttaa huomattavasti maitoproteiinin lysiinin imeytymiseen (Nyakayiru ym. 2020).

 

Kuva 1Aterianjälkeinen veren välttämättömien aminohappojen konsentraatio eri glykatoituneisuusasteen mukaan (Nyakayiru ym. 2020). 

Kuva 2. Aterian jälkeinen veren lysiinin konsentraatio eri glykatoituneisuusasteen mukaan (Nyakayiru ym. 2020). 

(pyrimme saamaan kuvista selkemämpiä taulukot löytyy : [5]https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10408398.2019.1646703)

Lähteitä:

[1]https://www.maitojaterveys.fi/maitotietoa.html

[2]https://fi.wikipedia.org/wiki/Maito

[3]https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/22974/milkhype.pdf?sequence=2

[4]http://www.milkfacts.info/Milk%20Composition/Protein.htm

Lieshout v, Glenn A.A, Lambers TT, Bragt MCE, Hettinga KA. How processing may affect milk protein digestion and overall physiological outcomes: A systematic review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 2019, 1-24. doi: 10.1080/10408398.2019.1646703 

Nyakayiru J, van Lieshout, Glenn A ATrommelen J, van Kranenburg J, Verdijk LB, Bragt MCE, van Loon, Luc J C. The glycation level of milk protein strongly modulates post-prandial lysine availability in humans. The British Journal of Nutrition 2020, 123: 545-552. doi: 10.1017/S0007114519002927 

[7]Eeva VoutilainenProteiinit ja aminohapot-luento. Helsinki. 4.2.2020. 

Taulukko 1 lähteet:

Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Kansanterveyden edistäminen -yksikkö. Fineli. Elintarvikkeiden koostumustietokanta. Versio 20. Helsinki 2019. www.fineli.fi

Miten ravintolisänä myytävät heraproteiinit valmistetaan?

Kuntosaliharrastajien juomapullojen pulverisisältöä on hämmästelty ja kummasteltu vuosikausia, ja välillä tuota kuluttajalle tuntematonta aine on jopa väitetty dopingaineeksi. Terveysbuumin vallittua nyt jo muutaman vuoden, on proteiini noussut myös kuluttajien huulille. Erilaiset proteiinivalmisteet löytävät tiensä yhä useammin myös kuntoilua harrastamattoman kuluttajan ostoskoriin. Otetaanpa siis katsaus siihen, mitä tuo urheilijoiden suosima ja kauppojen hyllyillä pursuileva heraproteiini siis todella on.

Heraproteiini on yksi maidon kahdesta pääasiallisesta proteiinikomponentista, ja sen osuus maidossa noin 20% kokonaisproteiinimäärästä. Loput 80% on kaseiinia, jota hyödynnetään muun muassa juustojen ja rahkojen valmistuksessa. 1960-luvulla hera oli vielä juuston valmistuksessa syntyvä merkityksetön sivutuote, jota pidettiin lähinnä sikojen rehuna. Teknologian kehityksen myötä herasta ollaan opittu erottelemaan sen eri komponentit: laktoosi, heraproteiini ja mineraalit eli maitosuola. Heraproteiini itsessään koostuu b-laktoglobuliinista, a-laktalbumiinista, BSA:sta, immunoglobuliineista sekä lakto- ja transferriinistä. Lisäksi siinä on pieniä määriä entsyymijäämiä ja muita peptidejä.

Heran poikkeukselliset ominaisuudet liittyvät sen imeytymisnopeuteen, hyödynnettävyyteen sekä aminohappokoostumukseen. Sen proteiinit eivät sakkaudu mahalaukussa, joten ne imeytyvät nopeammin verenkiertoon kuin esimerkiksi kaseiinin. Niiden hyödynnettävyys on myös korkea, noin 92%. Soijalle vastaava luku on noin 72%. Aminohappokoostumukseltaan hera on yksi parhaista proteiinin lähteistä, välttämättömien aminohappojen osuuden ollessa 56% kun se kaseiinissa on noin 49% ja elimistön proteiineissa 42%. Hera sisältää runsaasti haaroittuneita aminohappoja eli leusiinia, isoleusiinia ja valiinia, joilla on tutkitusti edullisia vaikutuksia lihaskasvuun ja lihasvaurioiden korjaamiseen. Se, että hera sisältää näitä aminohappoja ei kuitenkaan tarkoita, että heraa nauttimalla lihakset yhtäkkiä kasvaisivat merkittävästi, kuten monet kuvittelevat. Näiden aminohappojen läsnäolo vain edesauttaa lihaskasvua kovaa harjoittelevilla.

Heraproteiinin valmistus alkaa maidon pastöroinnista, jolla tuhotaan raakamaidon patogeenisia bakteereja. Tämän jälkeen kaseiini saostetaan, jolloin jäljelle jää kirkasta nestettä eli heraa. Saostetusta kaseiinista voidaan valmistaa juustoa. Tässä vaiheessa heraneste sisältää vettä 94%, proteiinia 0,8%, vitamiineja, kivennäisaineita 0,7%, laktoosia 4,5% sekä rasvaa.

Heraneste suodatetaan kalvomenetelmillä, erityisesti käänteisosmoosilla ja ultrasuodatuksella, jotta proteiinipitoisuutta saadaan nostettua ja muiden komponenttien osuutta pienennettyä. Näin heravalmisteista saadaan myös vähälaktoosisia ja laktoosittomia. Separoinnilla erotetaan rasvaa nesteestä keskipakoisvoiman avulla. Suodatuksen jälkeen hera kuivataan ja siihen lisätään usein makeutus- ja väriaineita. Herakonsentraatiksi saa nimittää jauhetta, jonka proteiinikonsentraatio on >25%, ja >90% proteiinia sisältävää jauhetta nimitetään heraisolaatiksi. Riippuen siitä, kuinka konsentroidusta tuotteesta on kyse, voivat siis proteiini-, laktoosi- ja mineraalipitoisuudet vaihdella huomattavasti. Korkean proteiinipitoisuuden omaavissa tuotteissa näitä on enää hyvin vähän jäljellä. Hydrolysoiduissa heraproteiineissa proteiineja on valmiiksi pilkottu proteolyyttisten entsyymien avulla lyhyemmiksi peptidiketjuiksi, jolloin imeytyminen nopeutuu entisestään. Nämä ovat usein markkinoiden kalleimpia ja laadukkaimpina pidettyjä proteiinilisiä.

Heralla on myös useita teknologisia käyttökohteita maito- ja leivontateollisuudessa, mutta elintarviketeollisuuden käyttämä heraproteiini eroaa ominaisuuksiltaan suuresti ravintolisäherasta.

Heraproteiini on hyödyllinen ravintolisä esimerkiksi urheilijoille ja ikäihmisille. Urheilijoilla biologiselta arvoltaan korkea ja nopeasti imeytyvä heraproteiini edistää proteiinisynteesiä ja lihaskasvua, vanhuksilla se puolestaan auttaa ehkäisemään lihaskatoa. Proteiinilisä on myös avuksi painonhallinnassa, sillä se lisää kylläisyyden tunnetta ja auttaa myös säilyttämään lihasmassaa painon pudotessa.

– Ida Jouhki & Pirita Petäjä

Lähteet

Yada, R.Y.. (2004). Proteins in Food Processing. Woodhead Publishing. Online version available at: http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpPFP00004/proteins-in-food-processing/proteins-in-food-processing

https://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/90810/Diplomityö%20-%20Tiina%20Saario%20-%20Lopullinen.pdf?sequence=2

https://us.myprotein.com/thezone/supplements/how-is-whey-protein-made/

ETK122 Maito ja maitovalmisteet –kurssin luentodiat