Frakcioniranje in oplemenitenje sirotkinih proteinov ter izraba preostanka za oblikovanje novih funkcionalnih živil in prehranskih dopolnil

Projekt je potekal v okviru Operativnega programa za izvajanje evropske kohezijske politike v obdobju 2014 – 2020

Javni razpis: Spodbujanje izvajanja raziskovalno-razvojnih projektov (TRL 3-6), Ministrstvo za izobraževanje znanost in šport Republike Slovenije

Trajanje projekta: Julij 2018 – December 2021

Projekt je sofinancirala Republika Slovenija in Evropska komisija iz sklada ESRR v višini 1.764.098,00 EUR

Projekt smo gradili na naslednjih predpostavkah stanja in nerešenih problemih:

1. Še vedno se srečujemo z obremenjevanjem okolja s strani mlekarske industrije

Proizvodnja mleka je v letu 2017 dosegla v svetu več kot 750 milijonov ton in še narašča. Glavna proizvajalca v svetovnem merilu pa sta ZDA in EU, 70% celotne količine. V proizvodnji sira in skute predstavlja sirotka okrog 90% procesiranega mleka, kar govori o ogromnem deležu preostanka sirotke, kot sekundarne surovine. Ocenjujejo, da približno polovica svetovne proizvodnje sirotke konča v čistilnih napravah ali vodotokih, kjer predstavlja resen ekološki problem.

2. Sirotka predstavlja nezadostno izkoriščen snovni tok v mlekarski industriji, prav tako nastajajo viški mleka, ki niso optimalno izrabljeni

Trenutne razpoložljive količine sirotke so torej velike, hkrati je to dolgoročno razpoložljiv vir s trendom naraščanja količin (2% letna rast) in tako podpira nastajajoče trge sekundarnih surovin.

Ravno tako proizvodnja in poraba mleka sezonsko niha in viški mleka se pogosto obdelajo v trajno UHT obdelano mleko, ki na trgu dosega nižjo dodano vrednost, postopek tudi uniči nekatere fiziološko aktivne sirotkine proteine.

Po odvzemu kazeinskega dela proteinov, ostane v sirotki laktoza, minerali (Ca, Mg, Na, K, P, Cl-), maščobe in velika skupina sirotkinih proteinov (β-laktoglobulin, α-laktalbumin, goveji serumski albumin, imunoglobulini, glikomakropeptid, laktoferin, laktoperoksidaza, lizocim, osteopontin itd.). V zadnjem času posvečajo raziskovalci posebno pozornost sirotkinim proteinom, ki so zaradi izrednih prehranskih lastnosti pogosto funkcionalni dodatki živilskih izdelkov in prehranskih dopolnil. So bogat in uravnotežen vir aminokislin, imajo pa tudi številne fiziološke učinke od protimikrobnih, imunomodulatornih do antikarcinogenih.

3. Slovenske mlekarne sploh ne, ali pa premalo izrabljajo potencial sirotkinih proteinov; v tujini je zaznati povpraševanje po novih tehnoloških postopkih obdelave sirotkinih proteinov

Po podatkih statističnega urada RS se v Sloveniji velik del sirotke porabi za krmo živine, odvaja na čiščenje v čistilne naprave in v manjši meri prodaja neposredno potrošnikom. Izvoz predstavlja večinoma prodaja sirotke v kondenzirani obliki nadaljnjim odjemalcem v tujini, ki sirotko predelajo v proizvode z visoko dodano vrednostjo.

4. Čistost in kvaliteta proteinskih izolatov iz mleka in sirotke je nizka in variabilna

Izolirane sirotkine beljakovine izkazujejo boljše funkcionalne in biološke lastnosti, kot če so v mešanici z drugimi sirotkinimi beljakovinami. Ekstrakcija posameznih serumskih proteinov iz mleka poteka s pomočjo različnih membranskih in kromatografskih postopkov. Medtem ko na laboratorijskem nivoju čistost in biološka aktivnost proteinov dosega želeno kakovost, pa temu v industrijskih postopkih pogosto ni tako. Čistost proteinov tako večinoma ustreza tako imenovani »food-grade« kakovosti. Za pridobivanje vhodnih surovin za začetne mlečne mešanice in zdravila, pa so potrebni učinkovitejši postopki tudi na industrijskem nivoju. Ravno tako je precej odprtih vprašanj na področju priprave hidrolizatov posameznih sirotkinih proteinov, ki izražajo dodatne oziroma drugačne fiziološke učinke od izvornih beljakovin (zmanjšanje alergenosti, prebiotična vloga, povečana protimikrobna aktivnost).

5. Na trgu narašča povpraševanje po funkcionalnih dodatkih živilskim izdelkom, prehranskih dopolnilih in naravnih zdravilih; ponudba pa ne dosega povpraševanja

Vzrokov za naraščanje povpraševanja na tem področju je več.
Srečujemo se z naraščanjem kroničnih nalezljivih bolezni in na drugi strani z rezistenco proti antibiotikom ter pomanjkanjem naravnih protimikrobnih sredstev. Tako se v zadnjem času posveča velika pozornost sirotkinim proteinom, ki izražajo številne fiziološke učinke od protimikrobnih, imunomodulatornih do antikarcinogenih.

Soočamo se s staranjem prebivalstva in povečanjem zdravstvenih težav povezanih s staranjem. Staranje je dinamičen proces, ki se kaže s številnimi spremembami v sestavi telesa in spremembami fiziološkega, psihološkega in kognitivnega stanja. Kljub nižjim energijskim potrebam po hrani v teh letih, je potrebno zagotoviti vsa potrebna makro in mikro hranila v optimalnem ravnovesju. Pri starejših se pogosto pojavlja sarkopenija, s starostjo pogojeno upadanje mišične mase, kar je pogosto posledica premalo proteinsko bogate hrane. Sirotkini proteini so na tem področju bogat in uravnotežen vir aminokislin.

Poleg povpraševanja na trgu prehranskih dopolnil ter naravnih zdravil, narašča povpraševanje po posameznih sirotkinih proteinih za pripravo začetnih mlečnih mešanic za dojenčke.

6. Fiziološko aktivne molekule, izolirane iz mleka in ostankov predelave mleka, v organizmu (in vivo) ne dosegajo enakih učinkov, kot so ugotovljeni v laboratorijskih in-vitro raziskavah; ravno tako se srečujemo z občutljivostjo proteinskih izolatov na okoljske vplive (med skladiščenjem, po zaužitju) in posledično slabo obstojnostjo („shelf-life“).

V končnih postopkih pridobivanja posameznih sirotkinih proteinov je potrebno proteine, ki se nahajajo v tekočini posušiti oziroma stabilizirati. Uveljavljeni načini so prašno sušenje in liofilizacija. Tako pridobljeni proteini so zelo higroskopični in v stiku z vodo, encimi, svetlobo, visoko temperaturo, itd. podvrženi razpadu. Glede na izbran način končne uporabe je zato potrebno uvesti nove rešitve, ki izboljšajo obstojnost oziroma ohranitev funkcionalnosti proteinov med prehodom do tarčnih mest ter kontrolirano sproščanje.