پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC) | Milk Protein Concentrate

↑

ویژگی‌ها، فرآیند تولید، خواص عملکردی و کاربردهای صنعتی در صنایع لبنی

نام فارسی: پروتئین شیر تغلیظ‌ شده
نام انگلیسی: Milk Protein Concentrate
مخفف: MPC
گروه ماده اولیه: ترکیبات پروتئینی شیر
کاربرد اصلی: افزایش پروتئین، اصلاح بافت، ژل‌شوندگی، نگهداری آب، بهبود ویژگی‌های عملکردی محصولات لبنی

مقدمه

پروتئین یکی از مهم‌ترین اجزای شیر و عامل اصلی تعیین‌کننده ارزش تغذیه‌ای و بسیاری از ویژگی‌های عملکردی محصولات لبنی است. در شیر گاو، پروتئین‌ها حدود ۳ تا ۳٫۵ درصد وزن شیر را تشکیل می‌دهند و از نظر ساختار و عملکرد عمدتاً به دو گروه کازئین‌ها (Caseins) و پروتئین‌های آب‌پنیر (Whey Proteins) تقسیم می‌شوند.

در گذشته، افزایش میزان پروتئین در محصولات لبنی عمدتاً از طریق افزایش مقدار شیر خشک بدون چربی (Skim Milk Powder) انجام می‌شد. شیر خشک بدون چربی اگرچه منبع مناسبی از مواد جامد شیر است، اما همراه با افزایش پروتئین، مقدار قابل توجهی لاکتوز نیز وارد فرمولاسیون می‌کند. توسعه فناوری‌های جداسازی غشایی، به‌ویژه اولترافیلتراسیون، امکان تولید موادی مانند کنسانتره پروتئین شیر (MPC) و ایزوله پروتئین شیر (MPI) را فراهم کرد.

بنابراین، MPC مجموعه‌ای از پروتئین‌های طبیعی شیر، شامل کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر، است. همین ویژگی باعث شده است که MPC علاوه بر تأمین پروتئین، در شکل‌گیری ساختار، رئولوژی، نگهداری آب و ویژگی‌های فرآیندی محصولات لبنی نیز نقش داشته باشد. در نتیجه، عملکرد MPC را می‌توان بر اساس درصد پروتئین، روش تولید، سابقه حرارتی، وضعیت مواد معدنی، شرایط خشک‌کردن، ساختار ذرات و شرایط بازسازی ارزیابی کرد.

1. تعریف  و ماهیت پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC)

پروتئین شیر تغلیظ‌ شده یا Milk Protein Concentrate (MPC) ماده‌ای پروتئینی است که عمدتاً از شیر بدون چربی و با استفاده از فناوری‌های غشایی تولید می‌شود. در این فرآیند، پروتئین‌های شیر در جریان تغلیظ‌ شده (Retentate)متمرکز می‌شوند و در گریدهای با پروتئین بالاتر، بخشی از لاکتوز و ترکیبات محلول نیز از طریق دیافیلترسیون بیشتر حذف می‌شوند و در نهایت پروتئین‌های شیر تغلیظ می‌شوند.

بر خلاف پروتئین‌های آب‌پنیر مانند WPC (Whey Protein Concentrate)، که عمدتاً شامل پروتئین‌های محلول آب‌پنیر هستند، MPC شامل هر دو گروه اصلی پروتئین‌های شیر یعنی کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر است.

ویژگی کلیدی MPC این است که نسبت کازئین به پروتئین آب‌پنیر در آن تقریباً مشابه شیر باقی می‌ماند. در شیر گاو، حدود 80 درصد پروتئین کل را کازئین و حدود 20 درصد را پروتئین‌های آب‌پنیر تشکیل می‌دهند.این ترکیب طبیعی باعث می‌شود MPC در محصولاتی که نیاز به تشکیل ساختار پروتئینی مشابه شیر دارند، عملکرد مناسبی داشته باشد.

2.گریدهای مختلف MPC :

MPC یک محصول با ترکیب ثابت نیست. بسته به درصد پروتئین، فرآیند تولید و هدف کاربردی، گریدهای مختلفی از آن تولید می‌شوند. برای مثال، در بازار ممکن است محصولاتی مانند MPC40، MPC60، MPC70، MPC80 و گریدهای بالاتر مشاهده شوند. عدد موجود در نام تجاری معمولاً بیانگر درصد تقریبی پروتئین بر مبنای ماده خشک است و نباید آن را به‌عنوان یک مشخصات فنی و کیفی (Specification) کامل برای محصول تلقی کرد. بررسی ها و مطالعات انجام شده روی MPCهایی با حدود 40 تا 85 درصد پروتئین نشان می دهد که با افزایش درصد پروتئین، ویژگی‌های فیزیکی و بازسازی پودر نیز تغییر می‌کنند و در نمونه‌های بالاتر از حدود 65 درصد پروتئین، با کاهش پراکنش‌پذیری (Dispersibility) و حلالیت (Solubility) مشاهده مواجه هستیم.

 میزان پروتئین MPC معمولاً بر اساس درصد پروتئین موجود در ماده خشک نام‌گذاری می‌شود:

در سطح جهانی، در صنعت لبنیات، MPC80 یکی از رایج‌ترین انواع مورد استفاده است. در ایران عمدتاً از MPC70 یا MPC65 استفاده می شود.

3. ساختار پروتئینی  MPC:

. پروتئین شیر از دو گروه اصلی تشکیل شده است:

1.3. کازئین (Casein)

کازئین حدود ۸۰ درصد پروتئین شیر گاو را تشکیل می‌دهد و شامل چهار گروه اصلی αs1-casein، αs2-casein، β-casein و κ-casein است. کازئین مسئول بسیاری از ویژگی‌های عملکردی MPC  مانند تشکیل ژل ، تشکیل ژل، ایجاد بافت، نگهداری آب و افزایش ویسکوزیته  است

2.3. پروتئین‌های آب‌پنیر (Whey Proteins)

حدود 18 تا 22 درصد پروتئین شیر را تشکیل می دهند. پروتئین‌های آب‌پنیر بخش محلول پروتئین شیر را تشکیل می‌دهند و شامل ترکیبات β-Lactoglobulin ، α-Lactalbumin ،Immunoglobulins و Serum Albumin  هستند:

 پروتئین‌های آب پنیر دارای ارزش تغذیه‌ای بالا و مقدار زیادی اسیدهای آمینه ضروری هستند.این پروتئین‌ها از نظر حرارتی حساس‌تر از کازئین هستند. به‌خصوص β-Lactoglobulin در اثر حرارت می‌تواند دناتوره شده و با کازئین‌ها برهم‌کنش ایجاد کند. همین پدیده در بعضی محصولات مانند ماست می‌تواند برای تشکیل شبکه ژلی مفید باشد، اما در سیستم‌های UHT در صورت کنترل نامناسب می‌تواند به تجمع پروتئینی و کاهش پایداری منجر شود.

4. فرآیند تولید صنعتی پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC)

تولید MPC نمونه‌ای از کاربرد موفق فناوری‌های غشایی در صنایع لبنی است که امکان جداسازی و تغلیظ انتخابی اجزای شیر را بدون تغییر شدید در ساختار طبیعی پروتئین‌ها فراهم می‌کند. برخلاف فرآیندهای حرارتی شدید که ممکن است موجب دناتوراسیون گسترده پروتئین‌ها شوند، فناوری غشایی امکان تولید ترکیبات پروتئینی با ویژگی‌های عملکردی مطلوب را فراهم می‌سازد.

ماده اولیه اصلی برای تولید MPC، شیر بدون چربی (Skim Milk) است. دلیل استفاده از شیر بدون چربی این است که هدف اصلی فرآیند، تغلیظ بخش پروتئینی شیر است و وجود چربی می‌تواند بر عملکرد غشاء، پایداری فرآیند و ویژگی‌های پودر نهایی اثر منفی داشته باشد.

طراحی واقعی فرآیند به گرید محصول (MPC42، MPC70، MPC80 و…) ، ظرفیت کارخانه و فناوری مورد استفاده بستگی دارد. اما فرآیند کلی تولید MPC شامل مراحل زیر است:

1-4. آماده‌سازی شیر اولیه

کیفیت شیر اولیه بر عملکرد فرآیند و کیفیت MPC نهایی اثر مستقیم دارد. شیر پس از دریافت از نظر ترکیب، وضعیت میکروبی و شاخص‌های کیفی بررسی و سپس با استفاده از سپراتور سانتریفیوژی به شیر بدون چربی تبدیل می‌شود. شدت و شرایط عملیات حرارتی قبل از UF نیز اهمیت دارد، زیرا حرارت می‌تواند موجب دناتوراسیون پروتئین‌های آب‌پنیر شود و در نتیجه رفتار عملکردی MPC حاصل را تغییر دهد.

2-4. نقش فناوری اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration) در تولید MPC

مرحله اصلی تولید MPC، فرآیند اولترافیلتراسیون است. در UF، شیر بدون چربی تحت فشار از غشای نیمه‌تراوا عبور می‌کند. آب و بخش قابل توجهی از ترکیبات کوچک محلول، از جمله لاکتوز و برخی مواد معدنی، می‌توانند از غشاء عبور کنند، در حالی که میسل‌های کازئین و بخش عمده پروتئین‌های آب‌پنیر در رتنتیت (Retentate) باقی می‌مانند. در نتیجه، با ادامه فرآیند، غلظت پروتئین در رتنتیت افزایش پیدا می‌کند. در این مرحله دو جریان اصلی ایجاد می‌شود. رتنتیت، جریان اصلی حاوی پروتئین است و پرمیت عمدتاً حاوی آب، لاکتوز و ترکیبات محلول با وزن مولکولی پایین‌تر است. در فرآیند تولید MPC با پروتئین بالا، هدف اصلی افزایش نسبت پروتئین در رتنتیت و کاهش ترکیبات غیرپروتئینی است.

3-4. دیافلیتراسیون (Diafiltration) و نقش آن در تولید MPC با پروتئین بالا

برای تولید MPCهایی مانند MPC80، تنها UF کافی نیست. زیرا با افزایش ضریب تغلیظ، اگر لاکتوز و مواد معدنی باقی بمانند، درصد پروتئین در ماده خشک به مقدار مورد نظر نمی‌رسد. در این مرحله از فرآیندی به نام دیافلیتراسیون استفاده می‌شود. در دیافلیتراسیون، آب با کیفیت مناسب به جریان رتنتیت اضافه شده و سپس دوباره از طریق غشاء عبور داده می‌شود. این عمل باعث شست‌وشوی ترکیبات کوچک مانند لاکتوز و کاهش میزان آن‌ها در محصول نهایی می‌شود. بنابراین، UF و DF در کنار یکدیگر امکان تولید یک ماده پروتئینی با نسبت پروتئین به لاکتوز بالاتر را فراهم می‌کنند.

هدف اصلی Diafiltration شامل افزایش درصد پروتئین ، کاهش لاکتوز، کنترل خاکستر (Ash)، بهبود کیفیت عملکردی پودر است. شدت و تعداد مراحل دیافیلترسیون یکی از عوامل مؤثر بر ترکیب نهایی MPC است.

4-4. اثر شرایط عملیاتی غشاء بر کیفیت MPC

کیفیت MPC تولید شده به شدت تحت تأثیر پارامترهای عملیاتی سیستم غشایی قرار دارد. مهم‌ترین پارامترها عبارتند از:

1.دما:

یکی از نکات مهم در تولید MPC، شدت عملیات حرارتی شیر قبل از UF است. عملیات حرارتی شدیدتر می‌تواند باعث دناتوراسیون بیشتر پروتئین‌های آب‌پنیر شود و در نتیجه ویژگی‌های عملکردی MPC نهایی را تغییر دهد. تغییر شدت حرارت شیر اولیه می‌تواند میزان دناتوراسیون پروتئین آب‌پنیر، وضعیت کلسیم و ویژگی‌های ژل‌شوندگی و ویسکوزیته محصول حاصل از MPC را تغییر دهد. دمای فرآیند معمولاً در محدوده‌ای کنترل می‌شود که ضمن حفظ شار عبوری (Flux) مناسب، از دناتوراسیون بیش از حد پروتئین‌های آب‌پنیر جلوگیری شود. افزایش بیش از حد دما می‌تواند موجب تغییراتی مانند کاهش حلالیت پودر، افزایش تجمع پروتئینی، تغییر رفتار حرارتی محصول شود.

2.فشار عبوری از غشاء (Transmembrane Pressure):

فشار نقش مهمی در ایجاد نیروی محرک عبور جریان دارد. افزایش بیش از حد فشار ممکن است باعث فشرده شدن لایه قطبی روی سطح غشاء، کاهش Flux، افزایش گرفتگی غشاء شود. بنابراین در طراحی صنعتی، فشار به گونه‌ای انتخاب می‌شود که تعادل مناسبی بین ظرفیت تولید و کیفیت محصول ایجاد شود. (↵ مطالعه بیشتر …)

3.سرعت جریان مماسی (Cross Flow Velocity):

حرکت مماسی جریان روی سطح غشاء باعث کاهش تجمع ذرات پروتئینی روی سطح غشاء می‌شود. افزایش سرعت جریان می‌تواند مقاومت لایه قطبی را کاهش و  شار را افزایش دهد. اما باعث افزایش مصرف انرژی پمپ نیز خواهد شد. (↵ مطالعه بیشتر …)

5-4. خشک‌کردن اسپری (Spray Drying)

پس از رسیدن رتنتیت به غلظت مورد نظر، محلول پروتئینی تغلیظ‌ شده وارد مرحله خشک‌کردن می‌شود. خشک‌کن اسپری با تبدیل قطرات کوچک مایع به ذرات خشک، امکان تولید پودر پایدار با رطوبت پایین را فراهم می‌کند. خشک‌کردن اسپری فقط مرحله حذف آب نیست؛ شرایط آن می‌تواند ویژگی‌های فیزیکی و عملکردی پودر را تغییر دهد. شرایط اتمایزاسیون، اندازه قطرات، دمای فرآیند و شرایط خشک‌شدن می‌توانند روی ویژگیهای  محصول  شامل اندازه ذرات، چگالی حجمی، جریان‌پذیری، قابلیت خیس‌شدن، پراکنش‌پذیری و حلالیت اثر بگذارند.

پارامترهای مهم در مرحله خشک کردن عبارتند از دمای هوای ورودی، دمای هوای خروجی، اندازه قطرات، زمان ماند و رطوبت نهایی پودر. شرایط نامناسب خشک‌کردن می‌تواند موجب کاهش حلالیت MPC و افزایش تجمع پروتئینی شود.

5. ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی و عملکردی پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC)

ویژگی‌های عملکردی MPC ارتباط مستقیمی با ساختار پروتئینی، روش تولید، شدت فرآیندهای حرارتی، شرایط خشک‌کردن و نحوه نگهداری آن دارد. برخلاف بسیاری از مواد پروتئینی که صرفاً به عنوان منبع نیتروژن در فرمولاسیون استفاده می‌شوند، MPC یک ماده چندمنظوره است که علاوه بر ارزش تغذیه‌ای، نقش مهمی در ایجاد ساختار، کنترل رئولوژی و پایداری محصولات لبنی دارد.

به دلیل حضور همزمان کازئین‌ها و پروتئین‌های آب‌پنیر، MPC می تواند عملکردی مشابه پروتئین‌های موجود در شیر داشته باشد.  ویژگی‌های MPC  متأثر از ترکیب شیمیایی آن به همراه  سوابق فرآیندی تولید آن است. بنابراین، برای ارزیابی یک MPC تجاری باید علاوه بر درصد پروتئین، ویژگی‌هایی مانند رطوبت، مواد معدنی و آلی، حلالیت، قابلیت بازسازی (Reconstitutability) و پایداری حرارتی (Thermal Stability) نیز در نظر گرفته شوند.

1.5.ترکیب شیمیایی MPC:

ترکیب MPC به گرید محصول، تعداد مراحل دیافیلترسیون و شرایط فرآیند تولید آن بستگی دارد. هرچه درصد پروتئین در MPC افزایش پیدا کند، معمولاً سهم لاکتوز نسبت به پروتئین کاهش می‌یابد. به همین دلیل MPCهایی با پروتئین بالا برای فرمولاسیون‌هایی که نیازمند افزایش پروتئین و بدون افزایش متناسب لاکتوز هستند، اهمیت دارند. برای مثال، در تولید ماست‌های High Protein، استفاده از MPC80 نسبت به شیر خشک بدون چربی باعث افزایش پروتئین با افزایش کمتر لاکتوز می‌شود. این موضوع می‌تواند به کنترل شیرینی، کاهش کریستالیزاسیون لاکتوز و بهبود ویژگی‌های حسی محصول کمک کند.

ارائه یک ترکیب شیمیایی ثابت برای همه MPCها از نظر علمی صحیح نیست و مقادیر باید بر اساس مشخصات فنی و کیفی (Specification) محصول موردنظر اعلام شوند. ترکیب شیمیایی MPC به درصد پروتئین هدف، تعداد مراحل دیافلیتراسیون (Diafiltration) و شرایط فرآیند تولید بستگی دارد. با افزایش درصد پروتئین، مقدار لاکتوز و مواد معدنی کاهش پیدا می‌کند. یک ترکیب معمول برای MPC80 به صورت زیر است:

 

2-5. حلالیت (Solubility) MPC

حلالیت یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های کیفی و عملکردی MPC ، به‌خصوص در گریدهای با پروتئین بالاست. زیرا بسیاری از کاربردهای صنعتی آن به توانایی پراکنده شدن (Dispersibility) و حل شدن پودر در آب (Solubility) وابسته است.بسیاری از ویژگی‌های عملکردی پروتئین زمانی می‌توانند در محصول ظاهر شوند که پروتئین به‌درستی در فاز آبی هیدراته و پراکنده شده باشد.

پروتئین‌های شیر پس از فرآیند خشک‌کردن اسپری ممکن است تمایل به تجمع داشته باشند. این تجمع به‌خصوص در MPCهای با درصد پروتئین بالا مانند MPC80 و MPC85 بیشتر مشاهده می‌شود. به همین دلیل، MPC ممکن است از نظر درصد پروتئین بسیار مناسب باشد اما در یک کاربرد خاص، به دلیل حلالیت یا بازسازی نامناسب، عملکرد مطلوبی نداشته باشد.

یکی از شناخته‌شده‌ترین مشکلات MPCهای با پروتئین بالا، کاهش حلالیت (Low Solubility) و قابلیت بازسازی (Reconstitutability) آن‌ها است. این مسئله یکی از عوامل محدودکننده توسعه کاربردهای MPC، محسوب می‌شود. اگر بخشی از پروتئین به شکل تجمع‌یافته یا ذرات نامحلول باقی بماند، علی رغم مناسب بودن درصد پروتئین ، رفتار و اثر فرآیندی آن در محصول می‌تواند دچار افت کیفی شود.

♦.دلایل کاهش حلالیت MPC : می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

1. دناتوراسیون پروتئین‌های آب‌پنیر در اثر حرارت بالا
2. تشکیل پیوندهای پروتئینی غیرقابل برگشت
3. شرایط نامناسب خشک‌کردن (دمای هوای ورودی یا خروجی، اندازه قطرات، زمان ماند و رطوبت نهایی پودر )
4. نگهداری طولانی مدت در دمای بالا یا رطوبت زیاد

♦.عوامل مؤثر بر حلالیت MPC

MPC به عنوان یک ترکیب پروتئینی مورد استفاده در فرآیندهای تولید محصولات لبنی، نیازمند ایجاد شرایطی از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی است که بتواند بهترین عملکرد را از خود نشان دهد. حلالیت این ماده تحت تأثیر عواملی مختلفی به شرح زیر است :

1.دمای هیدراتاسیون(Hydration) :

MPC معمولاً نیازمند زمان کافی برای هیدراته شدن است. برخلاف شیر خشک معمولی، پروتئین‌های تغلیظ‌ شده برای بازسازی کامل نیاز به زمان بیشتری دارند. در کاربردهای صنعتی، معمولاً توصیه می‌شود MPC قبل از ورود به فرآیند اصلی، در آب با دمای کنترل‌شده ( بین 35 تا 45 درجه سانتیگراد ) پراکنده شده ( Dispersion ) و زمان کافی برای هیدراتاسیون داشته باشد.

2.PH محیط :

حلالیت پروتئین‌های شیر وابستگی زیادی به PH دارد. در نزدیکی نقطه ایزوالکتریک کازئین (حدود PH 4.6)، کاهش بار الکتریکی پروتئین موجب کاهش حلالیت و افزایش تجمع می‌شود.

 3.نقش کلسیم در عملکرد MPC :

کلسیم یکی از مهم‌ترین اجزای معدنی مرتبط با ساختار میسل کازئین است. در طی فرآیندهای تغلیظ غشایی، تغییر غلظت پروتئین و وضعیت مواد معدنی می‌تواند تعادل کلسیم محلول و کلوئیدی را تغییر دهد. و تغییر وضعیت آن می‌تواند بر رفتار فیزیکوشیمیایی MPC اثر بگذارد. افزایش کلسیم و کازئین در سیستم‌های تغلیظ‌ شده می‌تواند پایداری پروتئین را تحت تأثیر قرار دهد و با کاهش حلالیت پودر ارتباط داشته باشد. به همین دلیل، بررسی MPC بدون توجه به وضعیت مواد معدنی آن، تصویر کاملی از عملکرد ماده ارائه نمی‌کند. از این رو، کلسیم در MPC تنها یک پارامتر تغذیه‌ای نیست، بلکه بخشی از عوامل تعیین‌کننده عملکرد ماده محسوب می‌شود.

3-5. ظرفیت نگهداری آب (Water Holding Capacity)

مکانیسم این عملکرد به تشکیل شبکه سه‌بعدی پروتئینی مرتبط است که مولکول‌های آب را در ساختار خود به دام می‌اندازد.  MPC می‌تواند از طریق برهم‌کنش پروتئین با آب و تشکیل شبکه پروتئینی، ظرفیت نگهداری آب سیستم را افزایش دهد. این ویژگی در محصولات تخمیری و ژلی مانند ماست، پنیرهای نرم، دسرهای لبنی و محصولات پروتئینی اهمیت ویژه‌ای دارد. در ماست، توانایی بالاتر شبکه پروتئینی برای نگهداری آب می‌تواند در شرایط مناسب به کاهش سینرسیس (Syneresis) یا آب‌اندازی منجر شود، اگرچه مقدار MPC تنها عامل تعیین‌کننده این پدیده نیست و شرایط حرارتی، PH، ترکیب شیر و فرآیند تخمیر نیز مؤثرند.

4-5. قابلیت تشکیل ژل (Gelation Properties)

توانایی تشکیل ژل یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های عملکردی پروتئین‌های شیر است. در سیستم‌های لبنی، تشکیل ژل معمولاً در نتیجه دو عامل اصلی شامل تجمع میسل‌های کازئین و ا یجاد برهم‌کنش بین پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، در تولید ماست، کاهش PH در اثر فعالیت باکتری‌های آغازگر باعث نزدیک شدن سیستم به نقطه ایزوالکتریک کازئین می‌شود. در این شرایط، میسل‌های کازئین به هم نزدیک شده و شبکه ژلی تشکیل می‌دهند. افزایش مقدار پروتئین می‌تواند مقدار ماده سازنده شبکه را افزایش دهد و در شرایط مناسب، استحکام و ظرفیت نگهداری آب ژل را بهبود دهد.

5-5. خواص رئولوژیکی MPC

رئولوژی، مطالعه رفتار جریان و تغییر شکل مواد است و در صنایع لبنی نقش مهمی در ارزیابی کیفیت محصول دارد. در محصولات لبنی، پروتئین‌ها می‌توانند با آب و سایر اجزای فرمولاسیون برهم‌کنش کرده و ساختارهای مختلفی ایجاد کنند.

افزایش مقدار پروتئین معمولاً موجب تغییر رفتار جریان سیستم می‌شود. اما رابطه بین مقدار MPC و ویسکوزیته همیشه خطی و ساده نیست. زیرا PH، دما، مواد معدنی، عملیات حرارتی و سایر اجزای فرمولاسیون نیز دخالت دارند. در نتیجه، افزایش بیش از حد MPC می‌تواند در فرمولاسیون‌ محصولاتی مانند ماست یونانی، ماست پروتئینی و نوشیدنی‌های غلیظ لبنی به افزایش نامطلوب ویسکوزیته، دشوار شدن پمپاژ یا تغییر حس دهانی منجر شود. بنابراین مقدار مصرف آن در فرمولاسیون محصول باید بر اساس طراحی محصول و تجهیزات کارخانه تنظیم شود.

6-5. رفتار حرارتی MPC

پروتئین‌های موجود در شیر، بخصوص پروتئینهای آب پنیر (Whey Protein) به حرارت حساس هستند. در طول فرآیندهای حرارتی، به‌خصوص در دماهای بالا، پروتئین‌های آب‌پنیر مانند β-Lactoglobulin دچار دناتوراسیون می‌شوند و سپس با سایر پروتئین‌ها، به‌خصوص کازئین‌ها، برهم‌کنش کنند. شدت این تغییرات به برنامه حرارتی وابسته است. این پدیده در محصولاتی مانند ماست می‌تواند در تشکیل شبکه پروتئینی مفید باشد، اما در نوشیدنی‌های UHT، تجمع بیش از حد پروتئین می‌تواند موجب افزایش اندازه ذرات، رسوب یا ناپایداری حرارتی شود. بنابراین سابقه حرارتی MPC باید متناسب با کاربرد نهایی آن ارزیابی شود.

به عنوان مثال،  در MPC حدود 80 درصد پروتئین، افزایش شدت حرارت شیر از 72°C به مدت 15 ثانیه به 85°C به مدت 30 ثانیه باعث افزایش شدید میزان دناتوراسیون پروتئین‌های آب‌پنیر شده و همزمان ویژگی‌های انعقاد، پایداری و ویسکوزیته سیستم تغییر می کند. بنابراین Heat History یکی از اطلاعات مهم در ارزیابی MPC برای کاربرد صنعتی است.

دناتوراسیون می‌تواند دو اثر متفاوت داشته باشد:

1.در برخی محصولات مانند ماست اثر مثبت داشته  و  موجب افزایش توانایی تشکیل شبکه، افزایش سفتی ژل و بهبود نگهداری آب می شود.

2.در شرایط نامناسب، اثر منفی داشته و موجب کاهش حلالیت، تشکیل رسوب، کاهش قابلیت استفاده در نوشیدنی‌های شفاف می شود.

6. تفاوت عملکرد MPC با سایر ترکیبات پروتئینی در محصولات لبنی

انتخاب پروتئین در فرمولاسیون صنعتی باید بر اساس عملکرد مورد انتظار انجام شود. MPC به دلیل حضور همزمان کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر، برای محصولاتی که هدف آن‌ها افزایش پروتئین همراه با حفظ ویژگی‌های ساختاری نزدیک به شیر است، گزینه مناسبی محسوب می‌شود. در مقابل، پروتئین‌های آب‌پنیر یا کازئینات‌ها به دلیل تفاوت در ساختار و رفتار فیزیکوشیمیایی، می‌توانند در برخی کاربردها عملکرد متفاوتی داشته باشند. بنابراین مقایسه مواد پروتئینی باید بر اساس کاربرد مشخص و آزمون عملکردی انجام شود، نه صرفاً بر اساس درصد پروتئین.

MPC در محصولاتی که هدف، نزدیک شدن به ساختار طبیعی شیر همراه با افزایش پروتئین است، مزیت قابل توجهی دارد.

7. تفاوت MPC با سایر پروتئین‌های لبنی :

1.7. MPC در مقایسه با WPC

MPC شامل کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر است، در حالی که WPC عمدتاً از پروتئین‌های آب‌پنیر تشکیل می‌شود. بنابراین رفتار این دو ماده در ژل‌شوندگی، پاسخ به حرارت و ایجاد ساختار یکسان نیست. MPC برای فرمولاسیون‌هایی مناسب‌تر است که هدف آن‌ها افزایش پروتئین همراه با حفظ ویژگی‌های پروتئینی نزدیک به شیر باشد، در حالی که WPC در بسیاری از فرمولاسیون‌ها به دلیل ویژگی‌های اختصاصی پروتئین‌های آب‌پنیر انتخاب می‌شود.

 

2.7. MPC در مقایسه با شیر خشک بدون چربی (SMP)

شیر خشک بدون چربی علاوه بر پروتئین، مقدار قابل توجهی لاکتوز و سایر مواد جامد شیر را وارد فرمولاسیون می‌کند. در مقابل، MPCهای با درصد پروتئین بالا امکان افزایش پروتئین را با افزایش بسیار کمتر لاکتوز فراهم می‌کنند. به همین دلیل، MPC در محصولاتی که هدف آن‌ها افزایش پروتئین و کنترل میزان لاکتوز است، می‌تواند نسبت به شیر خشک بدون چربی مزیت فرمولاسیونی داشته باشد.

 

3.7. تفاوت MPC با Milk Protein Isolate

MPC و MPI از نظر درصد پروتئین تفاوت دارند. در طبقه‌بندی رایج، محصولات پروتئین شیر با حدود ۹۰ درصد پروتئین یا بیشتر معمولاً در گروه (MPI) Milk Protein Isolate قرار می‌گیرند، در حالی که MPC طیف وسیع‌تری از غلظت پروتئین شامل 40 تا 85 درصد می‌شود. بنابراین MPI را نمی‌توان صرفاً شکل دیگری از MPC دانست؛ افزایش درجه خلوص پروتئین موجب تغییر نسبت سایر اجزای ماده و در نتیجه تغییر برخی ویژگی‌های عملکردی آن می‌شود.

 4.7.تفاوت MPC با پروتئین های آب پنیر (Whey Protein)  

WPI (Whey Protein Isolate) و WPC ( Whey Protein Concentrate) عمدتاً بر پروتئین‌های آب‌پنیر متمرکز هستند، در حالی که MPC ترکیبی از کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر را حفظ می‌کند. این تفاوت در کاربردهایی که تشکیل شبکه کازئینی اهمیت دارد، اهمیت ویژه‌ای دارد.

9.  اهمیت و کاربردهای صنعتی پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC) در صنایع لبنی

استفاده از MPC در صنایع لبنی تنها به افزایش مقدار پروتئین محصول محدود نمی‌شود، بلکه این ماده به دلیل ویژگی‌های عملکردی خود می‌تواند ساختار، بافت، پایداری و رفتار فرآیندی محصولات نهایی را نیز تحت تأثیر قرار دهد. انتخاب MPC به عنوان یک ماده اولیه در فرمولاسیون، معمولاً با هدف دستیابی به یکی یا ترکیبی از اهداف زیر انجام می‌شود:

1. افزایش ارزش تغذیه‌ای محصول
2. افزایش درصد پروتئین بدون افزایش بیش از حد حجم مواد جامد
3. بهبود بافت و قوام
4. کاهش آب‌اندازی
5. اصلاح ویژگی‌های رئولوژیکی
6. تولید محصولات لبنی عملکردی (Functional Dairy Products)

در طراحی صنعتی، مقدار و نوع MPC مورد استفاده باید بر اساس ویژگی‌های محصول نهایی، فرآیند تولید، تجهیزات کارخانه و شرایط نگهداری تعیین شود. استفاده بیش از حد از MPC، بدون اصلاح سایر پارامترهای فرمولاسیون، ممکن است مشکلاتی مانند کاهش حلالیت، افزایش ویسکوزیته بیش از حد یا تغییر حس دهانی ایجاد کند.

1-9. کاربرد MPC در تولید ماست و محصولات تخمیری

افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان برای محصولات ورزشی، محصولات کنترل وزن و غذاهای عملکردی باعث توسعه گسترده این گروه از محصولات شده است.

1.تأثیر MPC بر فرآیند تولید ماست

یکی از مهم‌ترین کاربردهای MPC، تولید ماست‌های با پروتئین بالا (High Protein Yogurt) است. . در این محصولات، افزایش پروتئین شیر می‌تواند مقدار پروتئین موجود برای تشکیل شبکه ژلی را افزایش دهد. در طی تخمیر، کاهش PH موجب بهبود شرایط جهت برهم‌کنش میان میسل‌های کازئین و در نهایت تشکیل شبکه ژلی می شود. حضور مقدار بیشتر پروتئین می‌تواند در شرایط مناسب به افزایش قوام و ظرفیت نگهداری آب کمک کند و در نتیجه سینرسیس را کاهش دهد.

در فرآیند صنعتی تولید ماست، افزودن MPC معمولاً در مرحله استانداردسازی شیر انجام می‌شود. پودر MPC ابتدا در آب یا شیر بازسازی شده و زمان کافی برای هیدراتاسیون پروتئین‌ها در نظر گرفته می‌شود. پس از هیدراتاسیون، فرآیندهای معمول شامل پیش‌گرم کردن، هموژنیزاسیون، عملیات حرارتی، تلقیح کشت آغازگر و تخمیر انجام می‌شود. عملیات حرارتی (پاستوریزاسیون 95^oc / 5 min شیر ماست ⁾ اهمیت زیادی دارد، زیرا دناتوراسیون کنترل‌شده پروتئین‌های آب‌پنیر می‌تواند موجب افزایش برهم‌کنش آن‌ها با کازئین و تقویت ساختار ژل شود. بنابراین عملکرد MPC در ماست حاصل تعامل مقدار و نوع MPC اضافه شده به شیر، فرآیند حرارتی و شرایط تخمیر است. در تولید ماست، ساختار نهایی محصول نتیجه تشکیل یک شبکه سه‌ بعدی پروتئینی در اثر کاهش PH توسط باکتری‌های آغازگر است. با فعالیت کشت آغازگر (Starter Culture) و کاهش PH، میسل‌های کازئین به تدریج به یکدیگر نزدیک شده و شبکه ژلی تشکیل می‌دهند. مقدار پروتئین شیر اولیه یکی از عوامل تعیین‌کننده استحکام این شبکه محسوب می‌شود. افزودن MPC به فرمولاسیون ماست باعث افزایش غلظت پروتئین قابل دسترس برای تشکیل شبکه ژلی شده و می‌تواند ویژگی‌های زیر را بهبود دهد:

1. افزایش قوام و سفتی ژل
2. فزایش استحکام ساختار و ظرفیت نگهداری آب و در نتیجه کاهش میزان سینرسیس (آب‌اندازی)
3. افزایش ویسکوزیته
4. بهبود احساس دهانی
5. افزایش ارزش تغذیه‌ای

2.محدوده مصرف MPC در ماست

مقدار مصرف MPC به هدف محصول و میزان پروتئین نهایی مورد نظر بستگی دارد. به صورت کلی:

مقادیر فوق عمومی هستند و در طراحی صنعتی باید بر اساس نوع MPC، درصد پروتئین اولیه شیر و مشخصات محصول نهایی تنظیم شوند.

2-9. کاربرد MPC در نوشیدنی‌های لبنی پروتئینی

در نوشیدنی‌های پروتئینی، حلالیت و پایداری حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. این محصولات ممکن است تحت عملیات حرارتی شدید و سپس نگهداری طولانی‌مدت قرار گیرند. بنابراین MPC مورد استفاده باید بتواند در شرایط فرآیند بدون ایجاد تجمع و رسوب قابل توجه باقی بماند. در این محصولات، پروتئین باید علاوه بر ارزش تغذیه‌ای بالا، دارای ویژگی‌های فرآیندی مناسب باشد، زیرا محصول معمولاً تحت شرایطی مانند حرارت‌دهی UHT، نگهداری طولانی مدت، PH نزدیک به خنثی قرار می‌گیرد. استفاده از MPC در این محصولات باعث افزایش مقدار پروتئین بدون ایجاد طعم نامطلوب یا افزایش بیش از حد مواد جامد می‌شود.

افزایش غلظت پروتئین، PH، وضعیت کلسیم، شرایط بازسازی و برنامه حرارتی همگی می‌توانند بر پایداری نهایی مجصول اثر بگذارند. از این رو MPC مناسب برای یک نوشیدنی UHT از جهت پایداری حرارتی، شرایط هیدراتاسیون، PH، نمک‌های معدنی و برنامه حرارتی باید به صورت دقیق انتخاب شود.

3-9. کاربرد MPC در پنیرهای فرآوری‌شده

پنیرهای فرآوری‌شده سیستم‌های غذایی پیچیده‌ای هستند که در آن‌ها پروتئین، چربی، آب و نمک‌های امولسیون‌کننده با یکدیگر تعامل دارند. MPC می‌تواند در فرمولاسیون این محصولات به عنوان منبع پروتئین شیر و اصلاح‌کننده ساختار، مورد استفاده قرار گیرد. مهم‌ترین اثرات MPC در پنیر فرآوری‌شده عبارتند از:

1. افزایش مقدار پروتئین محصول
2. بهبود ظرفیت نگهداری آب
3. اصلاح بافت
4. افزایش ارزش تغذیه‌ای

با این حال، استفاده از MPC می‌تواند به دلیل حضور بالای کازئین، باعث می‌شود این ماده با شبکه پروتئینی و سایر اجزای پنیر برهم‌کنش داشته باشد و رفتار ذوب و ویسکوزیته پنیر را تغییر دهد. بنابراین در فرمولاسیون پنیرهای فرآوری‌شده باید تعادل مناسبی بین پروتئین، چربی، نمک‌های امولسیون‌کننده و رطوبت ایجاد شود.

4-9. کاربرد MPC در بستنی و دسرهای لبنی

در بستنی، پروتئین های شیر، علاوه بر تأمین ارزش تغذیه‌ای، در افزایش مواد جامد شیر و ایجاد ساختار مناسب مخلوط نقش داشته و همچنین نقش مهمی در ایجاد ساختار، پایداری حباب‌های هوا و کنترل رشد کریستال‌های یخ دارند. افزودن MPC می‌تواند موجب افزایش مواد جامد غیرچرب شیر (MSNF)، بهبود بافت، افزایش مقاومت به ذوب و ایجاد حس خامه‌ای بیشتر   شود. پروتئین‌های شیر با جذب در سطح مشترک هوا-آب، به پایداری ساختار کف بستنی کمک می‌کنند. البته مقدار بیش از حد MPC ممکن است باعث افزایش ویسکوزیته مخلوط قبل از انجماد شده و مشکلاتی در فرآیند اختلاط و هوادهی ایجاد کند.

5-9. کاربرد MPC در محصولات تغذیه‌ای و پزشکی

مزیت MPC در این حوزه، وجود ترکیب طبیعی پروتئین شیر و تأمین همزمان کازئین و پروتئین آب‌پنیر است. به دلیل تأمین همزمان کازئین و پروتئین‌های آب‌پنیر، MPC در برخی محصولات تغذیه‌ای با پروتئین بالا شامل نوشیدنی‌های سالمندان، محصولات تغذیه بالینی، مکمل‌های غذایی مبتنی بر شیر و محصولات ورزشی نیز کاربرد دارد.  کازئین به دلیل هضم آهسته‌تر، آزادسازی تدریجی اسیدهای آمینه را فراهم می‌کند، در حالی که پروتئین‌های آب‌پنیر دارای جذب سریع‌تر هستند. این ویژگی ترکیبی، MPC را برای طراحی محصولات تغذیه‌ای با آزادسازی متعادل پروتئین مناسب می‌سازد. با این حال، در این گروه محصولات علاوه بر درصد پروتئین، حلالیت، ویژگی‌های حسی، پایداری فرآیندی و مشخصات تغذیه‌ای محصول نهایی باید در نظر گرفته شود.

10. تأثیر پروتئین شیر تغلیظ‌شده (MPC) بر فرآیندهای تولیدی محصولات لبنی

استفاده از MPC در فرمولاسیون محصولات لبنی، علاوه بر تغییر ترکیب شیمیایی محصول، می‌تواند رفتار سیستم را در طول فرآیند تولید نیز تحت تأثیر قرار دهد. پروتئین‌های شیر نسبت به تغییرات دما، PH، نیروهای مکانیکی و حضور سایر ترکیبات مانند نمک‌ها و قندها حساس هستند. بنابراین، استفاده موفق از MPC در مقیاس صنعتی نیازمند شناخت دقیق رفتار این ماده در مراحل مختلف فرآیند است. در کارخانه‌های لبنی، اضافه کردن MPC معمولاً با هدف افزایش پروتئین محصول انجام می‌شود، اما اثرات جانبی آن بر ویسکوزیته، انتقال حرارت، اختلاط، پمپاژ و پایداری محصول نهایی باید در طراحی فرآیند در نظر گرفته شود.

1-10. اثر MPC بر مرحله اختلاط و هیدراتاسیون

یکی از مهم‌ترین چالش‌های کاربرد MPC، به‌خصوص انواع با درصد پروتئین بالا مانند MPC80 و MPC85، دستیابی به هیدراتاسیون کامل است. برخلاف شیر خشک معمولی، ذرات MPC دارای مقدار بسیار بیشتری پروتئین هستند. پروتئین‌ها تمایل دارند در تماس با آب به سرعت یک لایه هیدراته در اطراف خود تشکیل دهند. این لایه می‌تواند از نفوذ بیشتر آب به داخل ذرات جلوگیری کرده و باعث ایجاد توده‌های حل‌نشده (Lumps) شود. هیدراتاسیون ناکامل می‌تواند مشکلاتی مانند کاهش حلالیت نهایی، ایجاد ذرات پروتئینی در محصول، افزایش نوسان ویسکوزیته و کاهش پایداری در طول نگهداری ایجاد کند.

♦. عوامل مؤثر بر هیدراتاسیون MPC شامل:

1.زمان هیدراتاسیون:

پروتئین‌های تغلیظ‌شده معمولاً به زمان بیشتری برای جذب آب نیاز دارند. در کاربردهای صنعتی، معمولاً توصیه می‌شود محلول MPC قبل از ادامه فرآیند، زمان کافی برای تکمیل هیدراتاسیون داشته باشد.

1.دمای آب :

افزایش دما می‌تواند سرعت هیدراتاسیون را افزایش دهد، اما دمای بیش از حد ممکن است باعث شروع دناتوراسیون پروتئین‌های آب‌پنیر شود.

2.شدت اختلاط :

اختلاط مکانیکی مناسب باعث افزایش تماس ذرات MPC با آب می‌شود. با این حال، تنش برشی بسیار بالا در برخی شرایط می‌تواند باعث ایجاد کف یا تغییر ساختار پروتئین شود.

2-10. اثر MPC بر فرآیند هموژنیزاسیون

هموژنیزاسیون یکی از مراحل مهم در بسیاری از محصولات لبنی است که هدف آن کاهش اندازه گلبول‌های چربی و ایجاد توزیع یکنواخت فاز چربی است. وجود مقدار بالای پروتئین در سیستم می‌تواند ویسکوزیته فاز مایع را افزایش داده و رفتار هموژنیزاسیون را تغییر می‌دهد. پروتئین‌های شیر می‌توانند در سطح مشترک چربی-آب جذب شده و به پایداری امولسیون کمک کنند. در محصولات حاوی MPC، افزایش غلظت پروتئین ممکن است موجب افزایش ویسکوزیته قبل از هموژنیزاسیون، تغییر شرایط بهینه فشار هموژنیزاسیون و افزایش نیاز انرژی تجهیزات شود. بنابراین در طراحی فرآیند باید فشار و دمای هموژنیزاسیون متناسب با افزایش مواد جامد پروتئینی اصلاح شود. در محصولاتی که همراه با MPC دارای فاز چربی هستند، شرایط  هموژنیزاسیون (فشار، دما، نوع و تعداد استج های هموژنایزر) باید بر اساس ویسکوزیته ناشی از این ترکیب محصول تعیین شود.

3-10. اثر MPC بر عملیات حرارتی

عملیات حرارتی یکی از مهم‌ترین مراحل تعیین‌کننده کیفیت محصولات لبنی است. پروتئین‌های موجود در MPC، به‌خصوص پروتئین‌های آب‌پنیر، در اثر حرارت دچار تغییر ساختاری می‌شوند. دناتوراسیون β-Lactoglobulin می‌تواند باعث ایجاد پیوندهای جدید با کازئین‌ها شود. این پدیده در برخی محصولات مانند ماست اثر مطلوب دارد، زیرا موجب افزایش استحکام ژل، کاهش آب‌اندازی و افزایش ظرفیت نگهداری آب می‌شود. اما در نوشیدنی‌های لبنی UHT، همین پدیده ممکن است باعث رسوب پروتئین، ناپایداری حرارتی و افزایش ویسکوزیته در زمان نگهداری شود.

4-10. اثر MPC بر فرآیند تخمیر محصولات لبنی

افزایش پروتئین می‌تواند ظرفیت بافری سیستم را تغییر دهد.  ظرفیت بافری بالاتر به این معنی است که مقدار بیشتری اسید باید توسط کشت آغازگر تولید شود تا PH به مقدار مورد نظر برسد.  بنابراین در محصولات تخمیری مانند ماست، افزایش پروتئین (تغییر میزان MPC) باعث تغییر محیط رشد باکتری‌های آغازگر می‌شود تغییر میزان MPC ممکن است بر مقدار اسید مورد نیاز برای رسیدن به PH نهایی و در نتیجه بر زمان تخمیر اثر بگذارد و ساختار ژل تشکیل‌شده را اصلاح کند. به همین دلیل، در ماست‌های High Protein، زمان تخمیر ممکن است نسبت به ماست معمولی تغییر کند و بنابراین می تواند بر سرعت کاهش PH، زمان رسیدن به نقطه ژل و ساختار شبکه پروتئینی اثر بگذارد. به عنوان مثال، در برخی فرمولاسیون‌ها، افزایش MPC باعث افزایش زمان تخمیر می‌شود، زیرا ظرفیت بافری سیستم افزایش یافته است.

5-10. مشکلات احتمالی استفاده از MPC در فرآیند صنعتی

استفاده از MPC با حلالیت نامناسب یا مقدار بیش از حد می‌تواند موجب افزایش ویسکوزیته، دشوار شدن پمپاژ و اختلاط و در برخی فرآیندهای حرارتی افزایش احتمال رسوب پروتئینی شود. شدت این مشکلات به ترکیب محصول و شرایط فرآیند وابسته است و باید در مقیاس پایلوت یا تولیدی ارزیابی شود. بنابراین اگرچه MPC یک ماده اولیه ارزشمند است، اما استفاده نادرست از آن می‌تواند مشکلات فرآیندی مانند کاهش حلالیت (بدلیل تجمع پروتئین در زمان خشک‌کردن، دناتوراسیون حرارتی و نگهداری نامناسب)، افزایش ویسکوزیته بیش از حد(بدلیل تجمع پروتئین در زمان خشک‌کردن، دناتوراسیون حرارتی و نگهداری نامناسب)  و گرفتگی تجهیزات حرارتی شامل مبدلهای حرارتی، تجهیزات UHT و خطوط استریلیزاسیون (بدلیل دمای بیش از حد، زمان ماند طولانی، pH نامناسب و ترکیب یونی سیستم) را ایجاد کند.  برای رفع  مشکل کاهش حلالیت میتوان زمان هیدراتاسیون را افزایش داد، دمای بازسازی را کنترل نمود و از MPC با کیفیت عملکردی مناسب استفاده نمود.

11. گواهی آنالیز یا گواهی تجزیه و تحلیل (COA) :

در خرید صنعتی، اطلاعات روی کیسه یا کاتالوگ فروشنده کافی نیست بلکه مهم‌ترین سند برای خرید MPC گواهی Certificate of Analysis (COA) است. COA باید مبنای کنترل هر محموله قرار گیرد. حداقل اطلاعاتی که بهتر است در COA یک MPC بررسی شود شامل:

در خرید حرفه‌ای، علاوه بر COA، Specification Sheet و در صورت نیاز اطلاعات مربوط به فرآیند تولید و سابقه حرارتی MPC نیز باید دریافت شود.

12. انتخاب MPC برای کاربردهای مختلف

یکی از اشتباهات رایج در خرید مواد اولیه این است که تصور می شود یک نوع MPC برای تمام محصولات مناسب است. در واقع، معیار انتخاب باید بر اساس محصول نهایی باشد.

این جدول البته جایگزین آزمون کاربردی نیست؛ بلکه نقطه شروع برای انتخاب ماده اولیه است.

1-12. انتخاب MPC برای ماست در مقابل نوشیدنی UHT

تفاوت این دو کاربرد را می‌توان به‌خوبی در نظر گرفت. در ماست، افزایش تعامل پروتئین‌ها و توانایی تشکیل شبکه معمولاً ویژگی مطلوبی است. عملیات حرارتی نسبتاً شدید شیر نیز می‌تواند در ایجاد ساختار ژل ماست مفید باشد. در مقابل، در نوشیدنی UHT، تشکیل تجمعات پروتئینی و افزایش اندازه ذرات می‌تواند به ناپایداری، رسوب یا افزایش بیش از حد ویسکوزیته منجر شود.

بنابراین یک MPC با Heat History بالاتر ممکن است برای یک کاربرد تخمیری مطلوب باشد، ولی برای نوشیدنی پروتئینی UHT انتخاب مناسبی نباشد. مطالعات مستقیم روی MPC نیز تأثیر سابقه حرارتی بر ویسکوزیته، ژل‌شوندگی، پایداری و عملکرد نهایی را نشان داده‌اند.

2-12. پیشنهاد یک روش حرفه‌ای برای ارزیابی MPC در واحد R&D

برای یک کارخانه لبنی، بهترین روش انتخاب MPC صرفاً مقایسه COA چند تأمین‌کننده نیست. پیشنهاد می‌شود فرآیند انتخاب در سه مرحله انجام شود. در مرحله نخست، ارزیابی اسناد و مشخصات ماده انجام شود. در این مرحله مواردی مانند درصد پروتئین، رطوبت، چربی، خاکستر، حلالیت، مشخصات میکروبی و اطلاعات تولیدکننده بررسی می‌شوند. در مرحله دوم، آزمون بازسازی و عملکرد پایه انجام شود. پودر در شرایط کنترل‌شده بازسازی شده و حلالیت، زمان هیدراتاسیون، ویسکوزیته و رفتار حرارتی آن بررسی شود. در مرحله سوم، ماده مستقیماً در فرمولاسیون واقعی محصول آزمایش شود. برای مثال، اگر هدف تولید ماست High Protein است، آزمون باید با همان شیر پایه، همان کشت، همان عملیات حرارتی و شرایط تخمیر واقعی کارخانه انجام شود. این مرحله اهمیت زیادی دارد، زیرا یک آزمون آزمایشگاهی ساده ممکن است نتواند تمام برهم‌کنش‌های MPC با سایر اجزای فرمولاسیون را نشان دهد.

3-12. MPC ، به عنوان یک «ماده عملکردی» :

از دیدگاه فرمولاسیون، MPC صرفاً یک راه برای رساندن پروتئین به محصول نیست. پروتئین‌های آن همزمان در چند پدیده مشارکت دارند:

هیدراتاسیون ← برهم‌کنش پروتئین-آب ← برهم‌کنش کازئین‌ها ← تشکیل شبکه ← کنترل رئولوژی ← ایجاد بافت

و بسته به محصول، ممکن است در:  امولسیون‌سازی ← پایداری حرارتی ← ژل‌شوندگی ← نگهداری آب  نیز نقش داشته باشند. به همین دلیل، ارزیابی MPC باید با رویکرد Techno-functional Ingredient انجام شود.

13. راهنمای فنی انتخاب MPC برای کارخانه‌های لبنی

بر اساس مباحث مطرح‌شده، انتخاب MPC برای یک کارخانه را می‌توان در قالب یک ماتریس تصمیم‌گیری ساده اما فنی انجام داد:

---

♦. برهم کنش ( Interaction ) : به تأثیر متقابل و ارتباط میان دو یا چند مولکول، ماده یا جزء یک سیستم گفته می‌شود که می‌تواند باعث تغییر در خواص، ساختار یا رفتار آن‌ها شود.

♦. پراکنش‌پذیری ( Dispersibility ) : توانایی پودر برای پخش و توزیع شدن در آب و تشکیل یک پراکنش یکنواخت.

♦.حلالیت ( Solubility ) : یعنی توانایی ماده برای حل شدن واقعی در آب و تشکیل محلول.

♦.مشخصات فنی و کیفی (Specification ) : مجموعه‌ای از ویژگی‌ها، الزامات، حدود مجاز و معیارهای قابل اندازه‌گیری است که برای یک ماده اولیه، محصول، فرایند یا تجهیز تعیین می‌شود تا مشخص شود محصول موردنظر چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد و در چه محدوده‌ای قابل قبول است.

♦.فشار عبوری از غشاء Transmembrane Pressure (TMP) : اختلاف فشار مؤثر بین دو طرف غشا است که نیروی محرکه عبور مایع از غشا را ایجاد می‌کند. در فرآیندهایی مانند MF، UF، NF و RO، TMP یکی از مهم‌ترین پارامترهای عملیاتی است.

♦.اتمایزاسیون (Atomization) : مرحله‌ای است که در آن مایع یا کنسانتره به وسیله نازل (Nozzle) یا دیسک دوار (Rotary Atomizer) به قطرات ریز تبدیل می‌شود تا سطح تماس آن با هوای گرم افزایش یافته و آب با سرعت بیشتری تبخیر شود.

♦. قابلیت بازسازی (Reconstitutability) : یعنی توانایی یک محصول پودری برای بازگشت به حالت مایع و نزدیک شدن به ویژگی‌های محصول اولیه پس از افزودن آب و انجام اختلاط مناسب.

♦. پایداری حرارتی (Thermal Stability ) : به توانایی یک ماده یا محصول برای حفظ ساختار، ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و عملکردی خود در برابر حرارت، بدون ایجاد تغییرات نامطلوب قابل‌توجه گفته می‌شود.

♦. هیدراتاسیون (Hydration) : به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن مولکول‌های آب جذب شده و با اجزای ماده، به‌ویژه پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها، برهم‌کنش برقرار می‌کنند و موجب افزایش جذب و نگهداری آب در ساختار آن می‌شوند.

♦. سینرسیس (Syneresis): به خروج یا جدا شدن آب از شبکه ژل یا ساختار پروتئینی محصولاتی مانند ماست و پنیر گفته می‌شود که معمولاً به صورت تجمع مایع در سطح یا اطراف محصول مشاهده می‌شود.

♦.سابقه حرارتی (Heat History) : به مجموعه شرایط حرارتی که یک ماده یا محصول در طول فرآیند تولید، از جمله دما، مدت زمان و توالی مراحل حرارت‌دهی، تجربه کرده است گفته می‌شود.

♦.گواهی آنالیز یا گواهی تجزیه و تحلیل (COA)(Certificate of Analysis):  یک سند رسمی صادرشده توسط تولیدکننده یا آزمایشگاه است که نتایج آزمون‌ها و مشخصات کیفی یک محموله یا محصول مشخص را نشان می‌دهد و مشخص می‌کند که محصول با مشخصات فنی (Specification) تعیین‌شده مطابقت دارد یا خیر.

ماده اولیه با عملکرد فنی ـ کاربردی (Techno-functional Ingredient) : به ماده‌ای گفته می‌شود که علاوه بر تأمین ارزش تغذیه‌ای، ویژگی‌های فنی و عملکردی موردنیاز در فرمولاسیون و فرایند تولید محصول را نیز فراهم می‌کند.

---

1. Milk protein concentrates: opportunities and challenges. Review article
2. Effects of milk heat treatment and solvent composition on physicochemical and selected functional characteristics of milk protein concentrate. Journal of Dairy Science, 2018, 101, 6799–6813. DOI: 10.3168/jds.2017-14300.
3. The Influence of Composition and Manufacturing Approach on the Physical and Rehydration Properties of Milk Protein Concentrate Powders. Foods, 2020.
4. Heat treatment of liquid ultrafiltration concentrate influences the physical and functional properties of milk protein concentrate powders. International Dairy Journal, 2022, 105403.
5. Heat treatment of milk: Effect on concentrate viscosity, powder manufacture and end-product functionality. International Dairy Journal, 2022, 128, 105289.
6. Effective strategies for elevating the techno-functional properties of milk protein concentrate. Review، 2023
7. Milk Protein Concentration Using Negatively Charged Ultrafiltration Membranes. Foods, 2018؛