KEMIAN OSASTO
MARJUT SORVARI
KIRNUPIIMÄN PROTEIINIEN ERISTÄMINEN
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 30.9.1980.
Työn ohjaaja:
Työn valvoja :
fessori Pekka Lingon johdolla. Työhön liittyvät käytännön ko
keet on tehty Valion laboratoriossa, missä ohjaajana on toimi
nut tekniikan tohtori Matti Heikonen.
Haluan kiittää erityisesti professori Linkoa hyvistä neuvoista ja kiinnostuksesta työtäni kohtaan. Lisäksi haluan kiittää tekniikan tohtori Heikosta ja diplomi-insinööri Terttu Nisosta
(Valion laboratorio) ohjauksesta sekä Valion laboratorion hen
kilökuntaa, erityisesti Leena Kukkosta, teknisestä avusta ja suoritetuista analyyseistä.
--- /—--- ---
Espoossa 30.9.1980
Marjut Sorvari
Kirnupiimän proteiinien eristäminen 1980, 130 s.
Työnvalvoja: professori Pekka Linko 5.70 Elintarviketeknologia
TIIVISTELMÄ: Työn tarkoituksena oli tutkia kirnupiimän proteii
nien eristämistä eri menetelmillä kirnupiimän käyt
tömahdollisuuksien lisäämiseksi.
Kirnupiimän geelisuodatuksessa saatiin viisi frak
tiota, joista kaksi sisälsi kaseiinin, kolmas g-lakto- globuliinin, neljäs a-laktalbumiinin ja viides lak
toosin.
Kirnupiimän ultrasuodatusta vaikeutti kalvon nopea tukkeutuminen. Väkevöintisuhde oli suurimmillaan vain noin 3. Ultrasuodatuskalvo pidätti proteiinin, kun taas laktoosi suodattui hyvin. Kuparista läpäisi kalvon lähes puolet pH 2 :ssa.
Laboratoriosentrifuugilla huoneenlämpötilassa saatiin kirnupiimän proteiinista erotetuksi noin 80 %. G- arvolla ei ollut vaikutusta saantoon.
Kirnupiimäproteiini saostui hyvin lämpökäsittelyllä (saanto lähes 90 %). Saostuman erottaminen herasta oli kuitenkin hankalaa sakan hienojakoisuuden ja ke
veyden vuoksi. Kaupallisen kirnupiimävalmisteen kä
sittely maidon juoksete-entsyymillä kiinteytti pro- teiinisaostumaa. Myöskin rasvattoman maidon lisäys
(vähintään 30 %) kirnupiimään kiinteytti huomatta
vasti saostumaa helpottaen siten sen käsittelyä.
JOHDANTO ... 1
KIRJALLISUUSOSA ... 2
1. MAITO JA SEN KÄYTTÖ ... 2
2. MAIDON PROTEIINIT ... 3
2.1. Kaseiini ... 3
2.1.1. otg-kaseiini ... 3
2.1.2. ß-kaseiini ... 3
2.1.3. к-kaseiini ... 4
2.1.4. y-kaseiini ... 4
2.1.5. Kaseiinimiselli ... 5
2.2. Heraproteiinit ... 5
2.2.1. ß-laktoglobuliini ... 6
2.2.2. a-laktalbumiini ... 6
2.2.3. Immunoglobuliinit ... 6
2.2.4. Proteoosi-peptonifraktio ... 7
2.2.5. Naudan seerumialbumiini ... 7
2.2.6. Muita heraproteiineja ... 7
2.3. Maidon rasvapallosmembräänin proteiinit ... 8
3. LÄMMÖN VAIKUTUS MAIDON PROTEIINEIHIN ... 11
4. MAIDON JUOKSETTUMINEN 13
5.1.1. Kaseiinin valmistus ... 15
5.1.1.1. Happokaseiini ... 15
5.1.1.2. Käymiskaseiini ... 16
5.1.1.3. Juoksetekaseiini ... 17
5.1.2. Kaseinaatti ... 18
5.1.3. Kaseiinin ja kaseinaatin käyttö ... 18
5.2. Yhteis saos tumat ... 19
5.3. Heraproteiinien eristäminen ja käyttö ... 20
5.3.1. Heraproteiinien eristäminen ... 21
5.3.2. Heraproteiinien käyttö ... 23
6. KIRNUPIIMÄ ... 25
6.1. Kirnupiimän tuotanto ja käyttö Suomessa ... 25
6.2. Kirnupiimän ja sen jäljitelmien valmistus .... 26
6.2.1. Kirnupiimän valmistus ... 26
6.2.2. Viljelty piimä ... 28
6.2.3. Suoraan hapatettu piimä ... 28
6.2.4. Kirnupiimävalmiste ... 29
6.3. Kirnupiimän koostumus ... 29
6.3.1. Kirnupiimän proteiinit ... 30
6.3.2. Kirnupiimän rasvaosa ... 33
6.4. Kirnupiimän käyttö ... 35
6.4.1. Jauheet ... 35
6.4.1.1. Kirnupiimäjauheen valmistus ... 35
6.4.1.2. Kirnupiimäjauheen koostumus ... 37
6.4.1.3. Kirnupiimäjauheen säilyvyys ... 39
6.4.1.4. Kirnupiimäproteiinijauheet .... 40
6.4.3. Kirnupiimä rahkan valmistuksessa ... 45
6.4.4. Kirnupiimä ravintorasvassa ... 46
6.5. Kirnupiimän vaikutus veren kolesterolitasoon .. 46
KOKEELLINEN OSA ... 4 9 7. MATERIAALIT ... 49
7.1. Kirnupiimä ... .49
7.2. Entsyymit ... 4 9 7.3. Proteiinivalmisteet ... 49
7.4. Kemikaalit ... 50
8. MÄÄRITYSMENETELMÄT ... 51
8.1. Proteiinin määritys Lowryn mukaan ... 51
8.2. Proteiinin määritys Markwellin mukaan ... 52
8.3. Proteiinipitoisuuden määritys typpipitoisuuden avulla ... 53
8.4. Laktoosi ... 54
8.5. Rasva ... 55
8.6. Kuiva-aine ja tuhka ... 55
8.7. Kalsium ja kupari ... 55
8.8. SDS-polyakryyliamidigeelielektroforeesi ... 56
8.9. Liukoisuus ... 57
8.10. Emulgoimiskyky ja emulsionsäilytyskyky ... 58
8.11. Tulosten käsittely ... 60
9. LAITTEISTOT ... '... 61
10.2. Membraanimateriaalin erottaminen maidosta .... 63
10.3. Ultrasuodatus ... 64
10.4. Lämpö sao s tus ... 64
10.5. Entsymaattinen saostus ... 65
11. PROTEIININ MÄÄRITYSMENETELMÄN VALITSEMINEN ... 66
12. KIRNUPIIMÄN GEELISUODATUS ... 68
13. MEMBRAANIMATERIAALIN ERISTÄMINEN ... 71
14. KIRNUPIIMÄN ULTRASUODATUS ... 76
14.1. Käytetyt yhtälöt ... 76
14.2. Permeaattivuo ... 77
14.3. Rejektiokertoimista ... 83
15. KIRNUPIIMÄN SENTRIFUGOINTI ... 86
16. KIRNUPIIMÄN PROTEIINIEN ERISTÄMINEN SAOSTAMALLA ... 89
16.1. Proteiinisaannon laskeminen ... 89
16.2. Kirnupiimän lämpösaostus ... 89
16.3. Kirnupiimän ja rasvattoman maidon seoksen lämpösaostus ... 91
16.4. Kirnupiimän entsymaattinen saostus ... 97 16.5. Kirnupiimän ja rasvattoman maidon seoksen
entsymaattinen saostus 100
17.1. Neutraloitu kirnupiimäproteilnijauhe ... 101 17.2. Hapan kirnupiimäproteilnijauhe ... 101 17.3. Kirnupiimän ja rasvattoman maidon proteiini-
jauheet ... 102
• 18. KIRNUPIIMÄPROTEUNIJAUHEIDEN TOIMINNALLISISTA
OMINAISUUKSISTA ... 103 18.1. Liukoisuus ... 104 18.2. Emulgoimisominaisuudet ... 106
19. PROSESSISUUNNITELMA KIRNUPIIMÄPROTEIINIJAUHEEN
VALMISTAMISEKSI ... 110
20. YHTEENVETO ... 113
21. EHDOTUKSIA JATKOTUTKIMUKSIKSI ... 116
KIRJALLISUUSLUETTELO
JOHDANTO
Kirnupiimää syntyy sivutuotteena voin valmistuksen yhteydessä.
Koska tavoitteena on kokonaan siirtyä hapatetusta kermasta kir
nuttuun voihin, kirnupiimän tuotanto tulee lisääntymään viiden
neksellä.
Tällä hetkellä kirnupiimää käytetään ihmisravinnoksi juomana ja eläimille rehuna joko sellaisenaan tai kuivattuna.
Tämän työn tarkoituksena oli kirnupiimän käyttömahdollisuuksien lisääminen tutkimalla sen proteiinien eristämismenetelmiä. Pro
teiinit eristettiin geeli- ja ultrasuodatuksella sekä säestämäl
lä, jossa kiinnitettiin erikoisesti huomiota saostuman edulli- simpiin käsittelyominaisuuksiin. Lopuksi suunniteltiin saostus- prosessi kirnupiimän proteiinien talteenottamiseksi. Kirjalli- suusosassa on käsitelty yleisesti maidon proteiinien eristämistä ja käyttöä sekä kirnupiimän valmistusta, koostumusta ja käyttö
mahdollisuuksia .
KIRJALLISUUSOSA
1. MAITO JA SEN KÄYTTÖ
Maitoa tuotettiin Suomessa v. 1979 lähes 2900 milj. litraa, josta nestemäisiin maitovalmisteisiin käytettiin 36,8 %, juus
toon kattilamaitoa 23,8 % ja jauheisiin täys- ja rasvatonta mai
toa 30-, 3 %. Maidon rasvasta käytettiin voin valmistukseen 45,9 % ja voita tuotettiin siten n. 67 milj. kg. Tästä määrästä n. 80 % eli 53,6 milj. kg kirnuttiin happamena. Kirnupiimää syntyi täl
löin n. 57 milj. kg /Valion vuosikertomus 1979/.
2. MAIDON PROTEIINIT
Maito sisältää proteiineja 3,0...3,5 %. Suurin osa proteiineista on kaseiinia (80 %), loput on heraproteiinia sekä pieni määrä rasvapallosmembraanin proteiinia.
2.1. Kaseiini
Kaseiiniksi määritellään fosfoproteiinien ryhmä, joka saostuu lämpötilassa 20°C ja pH : ssa 4,6. Kaseiinifraktion komponentteja ovat ots~, 8-, к- ja y-kaseiinit. Jokaisella niistä on useita geneettisiä muunnelmia /Brunner, 1977/.
2.1.1. ctg-kaseiini
ag-kaseiini koostuu yhdestä pääkomponentista, asl~kaseiinista, ja useasta pienemmästä komponentista, an, a-, a a., a /Whitney et ai■, 1976/. Ne muodostavat koko kaseiinista 50...
55 % /Brunner, 1977/. otg^ "kaseiini 11a tunnetaan neljä geneet
tistä muunnelmaa : A, B, C ja D. Tämä kaseiini saostuu alhaisil
la kalsiumpitoisuuksilla /Swaisgood, 1973/.
2.1.2. ß-kaseiini
Koko kaseiinista ß-kaseiinia on 30... 35 % /Brunner, 1977/
/Swaisgood, 1973/. Sillä on useita geneettisiä muunnelmia : A"*",
2 3
A , A , В, C ja D. (3-kaseiini saostuu suuremmilla kalsiumpitoisuuk silla kuin a , . Kalsiumin määrän lisääminen alentaa s ao s tumi s 1 äiti
si
pötilaa. Tämän kaseiinin assosiaatio-dissosiaatio-tasapaino riip
puu lämpötilasta, konsentraatiosta ja pH:sta. Alle 8°C lämpötilois sa ja korkeilla pH-arvoilla se esiintyy monomeerina. Korkeammissa lämpötiloissa ja lähellä neutraalia pH-aluetta tapahtuu polymeri- soitumista.
2.1.3. к-kaseiini
Koko kaseiini sisältää 15 % к-kaseiinia, jolla geneettisiä va
riantteja on kaksi, A ja В /Brunner, 1977/. Tämä kaseiini on liu
koinen kalsiumpitoisuuksilla, joilla kaikki muut kaseiinit saos
tuvat /Swaisgood, 1973/. Se pystyy siten stabiloimaan muita ka
seiineja muodostamalla kolloidisia misellejä. Se on ainoa kaseii
nin pääkomponentti, jolla on hiilihydraattia sisältäviä muotoja.
Useat entsyymit, erityisesti renniini, hydrolysoivat sitä tietys
sä peptidisidoksessa, jolloin miselli destabiloituu ja muodostuu juoksettuma.
2.1.4. y-kaseiini
y-kaseiineja on koko kaseiinista 5 %. On luultavaa, että ne syn
tyvät endogeeniseen kaseiiniin liittyneitten proteaasien aiheut
tamasta ß-kaseiinin rajoitetusta proteolyysistä. y-kaseiineihin kuuluvat y^-, у2 — ja y^-kaseiinit, joilla jokaisella on lisäksi useita geneettisiä muunnelmia /Brunner, 1977/.
2.1.5. Kaseiiniini selli
80...90 % kaseiinista esiintyy maidossa misellinä, kalsiumkasei- naatti-kalsiumfosfaattikompleksina ja loput 10... 20 % liukoisessa muodossa. Miselli sisältää keskimäärin 93 % proteiinia, 2,8 % orgaanista fosforia, 2,9 % epäorgaanista fosforia, 0,4 % sitraat- tia ja pieniä määriä magnesiumia, natriumia ja kaliumia /Brunner, 1977/.
Pääasiassa oletetaan stabiloivan kaseiinimisellin rakennetta hyd
rofobisten sidosten ja monenlaisia sidoslajeja sisältävän moni
mutkaisen fosfaattiverkoston /Anon., 1979/. Orgaaninen fosfaatti ag^~ ja ß-kaseiinissa sitoo ionista kalsiumia. Epäorgaaninen fos
fori muodostaa kompleksin sitraatin ja kalsiumin kanssa ja osal
listuu misellirakenteen stabilointiin /Brunner, 1977/.
Vähittäinen kalsiumin poisto misellistä johtaa ensin kaseiinin reversiibeliin hajoamiseen, kunnes rakenne lopulta luhistuu pa
lautuma ttomas ti . Kolloidisen fosfaatin poisto aiheuttaa myös mi- sellien hajoamisen /Anon., 1977/ /Morr, 1975/ /Morr et ai., 1971/.
2.2. Heraproteiinit
Heraproteiinit muodostavat n. 20 % maidon proteiineista. Niihin kuuluvat ß-laktoglobuliini, a-laktalbumiini, naudan seerumialbu- miinir immunoglobuliinit ja proteoosi-peptonifraktio.
2.2.1. ß-laktoglobuliini
Heraproteiineista on eniten ß-laktoglobuliinia. Sitä on n. 3,6 -3
g*dm maitoa. Geneettisiä muunnelmia on tähän mennessä löydetty A, B, C, D ja Dr /Brunner, 1977/ /Whitney et ai., 1976/.
ß-laktoglobuliini esiintyy dimeerinä pH-alueella 3...8. Dimeerin molekyylipaino on 36000. Em. pH-alueen ulkopuolella dimeeri hajoaa monomeeriksi. Kun lämpötila on alhainen ja proteiinikonsentraatio
suuri, tämä proteiini pyrkii muodostamaan oktameerin juuri iso- elektrisen pisteen alapuolella, pH-alueella 3,8...5,1 /Brunner, 1977/.
2.2.2. a-laktalbumiini
, ... _ o
Maito sisältää laktalbumiinia n. 1,7 g•dm . Proteiinin molekyyli- paino on 14200, ja sillä on kaksi geneettistä muunnelmaa, A ja B.
a~laktalbumiinilla on tärkeä merkitys laktoosisynteesissä. Se no
peuttaa reaktiota, jossa entsyymi, galaktotransferääsi, siirtää galaktoosin UDP-galaktoosista glukoosiin /Brunner, 1977/ /Whitney et ai., 1976/.
2.2.3. Immunoglobuliinit
Immunoglobuliinit muodostavat heterogeenisen glykoproteiinien ryh-
.... -3
man, jota maidossa on n. 0,6 g*dm /Smith, 1976/. Niillä on suu
ri molekyylipaino. Ne ovat joko monomeereja tai polymeerejä. Poly
meerissä on neljä polypeptidiä, joista kahden molekyylipaino on 20000 ja muiden kahden 60000. Polypeptidiketjuja yhdistävät disul- fidisillat.
Immunoglobuliinit jaetaan kolmeen luokkaan: IgG, IgA ja IgM. IgG on suurin ryhmä.
2.2.4. Proteoosi-peptonifraktio
Proteoosi-peptonifraktio määritellään siksi maidon proteiini- osaksi, joka ei saostu kuumennettaessa 20 minuuttia 95°C:ssa ja laskettaessa pH sitten 4,6:een, mutta saostuu 12-prosenttisella .trikloorietikkahapolla. Tätä fraktiota on maidossa n. 0,7 g-dm"3.
Fraktio sisältää fosfoglykoproteiineja, joiden molekyylipaino on 4000...40000 /Brunner, 1977/.
2.2.5. Naudan seerumialbumiini
Seerumialbumiinia (BSA) on maidossa n. 0,4 g-dm 3. Sen molekyyli- paino on 70000. Sen on todettu olevan koostumukseltaan ja fysikaa
lisesti samanlainen kuin naudan veren seerumialbumiinin /Brunner, 1977/.
2.2.6. Muita heraproteiineja
Laktoferriiniä ja transferriiniä on maidossa 0,1__ 0,2 g.dm-3.
Ne sitovat rautaa ja niillä on antibakteerinen vaikutus. Niiden molekyylipaino on sama 27000, ja molemmat ovat glykoproteiineja /Brunner, 1977/ /Cheeseman, 1975/.
2.3. Maidon rasvapallosmembräänin proteiinit
Kaseiinin ja heraproteiinien lisäksi maidossa esiintyy proteii
neja osana rasvapallosia ympäröivää membraania. Rasvapallosmembrää
ni on lipidi-proteiinikompleksi, joka on muodostunut pääasiassa lipidien ja proteiinien hydrofobisin vuorovaikutuksin /Shimizu et ai., 1976/. Membraanin rakennetta ei täysin tunneta. Siitä on esitetty erilaisia malleja. Samoin membraanin osasten pitoisuudet vaihtelevat tutkijoiden välillä. Membraania koskeviin tuloksiin vaikuttavat monet seikat, kuten membraanin eristämismenetelmä.
Mulderin ja Walstran /1974/ mukaan paras membraanin koostumusar
vio on 41 % proteiineja, 27 % fosfolipidejä, 14 % neutraalilipi
de jä, 13 % vettä sekä lisäksi hivenaineita, vitamiineja ja hiili
hydraatteja.
Maito sisätää McKenzien /1967/ mukaan membraaniproteiineja 0,2 g -3
dm . Brunnerin /1969/ mukaan membraanin lipoproteiinikompleksi muodostaa 3...5 % maidon kokonaisproteiinistä ja sen pitoisuus maidossa on 0,1 %. Membraaniproteiinien tutkimiseen on käytetty paljon natriumdodekyylisulfaatti-polyakryyliamidigeelielektro- foreesia (SDS-PAGE). Näistä proteiineista voidaan suuri osa liuot
taa natriumdodekyylisulfaatilla ja merkaptoetanolilla. SDS-PAGE:11a määritetyt molekyylipainot ovat väleillä 53000... 240000 /Kobylka
ja Carraway, 1972/, 15000...170000 /Anderson et ai., 1974/,
27000 ... 200000 /Kitchen, 1974/, 11000 ...155000 /Mather ja Keenan, 1975/ ja 15000 ...136000 /Shimizu et al., 1976/. Taulukossa 1 on vertailtu membraaniproteiinien molekyylipainoja joidenkin tutki
musten mukaan.
Taulukko 1. Maidon rasvapallosmembräänin pääpolypeptidien mole
kyylipaino ja SDS-PAGE:11a määritettyinä eri tutki
joiden mukaan. CB ovat coomassie blue'11a värjäyty
vät vyöhykkeet, PAS perjodaatti-Schiff-menetelmällä värjäytyvät vyöhykkeet (glykoproteiineja) /Shimizu, 1978 а/.
Kanponentti N : o Kobylka ja Carraway /1972/
Anderson et ai.
/1974/
Mather ja Keenan /1975/
Kitchen /1974/
Shimizu et ai.
/1976/
(CB) (PAS) 'D
Molekyylipaino (x 10 )
1 155 169 155 132 136
1 N.S.a> 148 N.S. N.S. 100
2 N.S. 112 N.S. N.S. 96
3 N.S. 90 N.S. N.S. 90
3 92 N.S. 89 N.S. 95
4 4 80 94.2 74 85 85
5 5 65 74.6 62.5 70 74
6 N.S. N.S. 51.5 63.5 66
7 + 8 6 + 7 53 54.6 43.5 52.5 57
12 N.S. N.S. 27 27.5 26
a) ei spesifioitu
Lipideistä eristetyt membraaniproteiinit voidaan jakaa laimeaan suolaliuokseen liukenevaan ja liukenemattomaan fraktioon /Brunner, 1974/. Liukoinen proteiinifraktio sisältää paljon hiilihydraat
teja: heksooseja, heksosamiineja ja sialiinihappoja. Joidenkin liukoisten glykoproteiinien koostumusta ja ominaisuuksia ovat tut
kineet mm. Yamauchi et ai. /1978/, Kanno et ai. /1975/, Shimizu et ai. /1978 b/, Basch et ai. /1976/, Snow et ai. /1977/. Shimizun et ai. /1980/ mukaan membraanin glykoproteiinit osallistuvat mai- torasvaemulsion stabilointiin. Glykoproteiinit keskeyttävät rasva-
pallosten ryhmittymisen, kun taas fosfolipidit niiden yhteen
sulautumisen .
Taulukossa 2 on rasvapallosmembraanin aminohappokoostumus. Mem- braani sisältää paljon leusiinia, glutamiini- ja asparagiinihap- poa, kun taas rikkipitoisia aminohappoja on vähän /Patton ja Keenan, 1975/.
Taulukko 2. Membraanin aminohappokoostumus eri lähteiden mukaan /Patton ja Keenan, 1975/.
Aminohappo
Keenan ja Huang /1972/
Mooliprosentti Kitchen Kobylka ja /1974/ Carraway
/1972/
Swope ja Brunner /1970/
Glu 13,6 13,6 12,0 13,4
Leu 10,6 9,8 9,3 8,6
Asp 8,0 10,2 9,6 9,0
Arg 8,1 6,1 4,6 9,0
Lys 7,6 6,8 5,6 7,7
Thr 8,9 6,5 6,0 5,2
Gly 4,6 4,8 7,5 2,1
Ala 4,8 5,4 7,2 2,9
Pro 5,5 5,7 6,6 4,8
Phe 5,9 5,1 4,2 7,4
Ser 5,7 8,2 8,5 4,7
Ile 5,4 4,9 4,3 4,8
Tyr 4,2 3,0 2,5 5,6
Vai 4,4 6,3 6,9 4,3
His 2,6 1,4 1,9 3,1
Try - - - 3,9
Cys - 0,1 - 1,6
Met — - 1,7 1,7
3. LÄMMÖN VAIKUTUS MAIDON PROTEIINEIHIN
Maidon proteiineista kaseiinia kuvataan usein lämpödenaturoitu
mattomana , koska sen rakenne ei muutu 5 tunnin lämpökäsittelyssä 60...100°C:ssa /Hayer, 1977/. Vasta maidon pitkäaikaisessa kuu
mennuksessa yli 100°C:ssä kaseiinimisellistä irtoaa kalsiumia ja fosforia saostaen sen /Kaista, 1977/.
Heraproteiineilla on globulaarinen rakenne, jota ylläpitävät en
sisijaisesti disulfidisidokset. Näiden takia ne denaturoituvat lämmön vaikutuksesta kaseiineja huomattavasti helpommin /Cheese- man, 1975/. Parhaiten lämpöä kestää a-laktalbumiini, herkimpiä ovat immunoglobuliinit. Kuumennettaessa maitoa 70°C:ssa 30 minuut
tia denaturoituu heraproteiineista 29 %, immunoglobuliineis ta 89 %, naudan seerumialbumiinista 52 %, ß-laktoglobuliinista 32 % ja a-laktalbumiinista 6 %. Koska ß-laktoglobuliinia on herapro
teiineista 40...60 %, se hallitsee heraproteiinien denaturoitu
mista. Heraproteiinien denaturoitumiskäyrän muodon on todettu olevan samanlainen kuin ß-laktoglobuliinin denaturoitumiskäyrän muoto /Larson ja Rolleri, 1955/.
Denaturoituminen aiheuttaa monia muutoksia proteiinien ominai
suuksiin : heraproteiinien liukoisuus pienenee; proteiinirakenteen auetessa kasvaa vapaiden sulfhydryyliryhmien määrä, josta aiheu
tuu, keitetyn maun muodostuminen, alentunut hapetuspelkistyspoten- tiaali, antioksidatiivisten ominaisuuksien muodostuminen; maidon juoksettuminen estyy /O’Sullivan, 1971/.
Lämpö aiheuttaa denaturoitumisen lisäksi heran proteiinien aggre-
goitumista /Morr, 1975/. Kuumennettaessa heraa proteiinien yhteen liittyminen tapahtuu ainakin kolmessa vaiheessa. Ensimmäinen edel lytys on denaturoituminen, jota seuraa proteiinikompleksien muo
dostuminen, joiden molekyylipaino on ainakin 200000. Aggregoitu- minen tapahtuu disulfidisidoksilla. Kolmannessa vaiheessa komplek sit yhtyvät kalsiumsidoksilla saostuviksi partikkeleiksi. Hera- proteiinien saostuminen on täydellisin pH :ssa 6 ja lämpötilassa 120°C. Saostumista voidaan estää lisäämällä kaseiinia, jonka sta
biloiva vaikutus johtuu kompleksin muodostumisesta kaseiinin ja heraproteiiniaggregaattien välille kalsiumsidoksilla.
Kuoritun maidon kuumentaminen johtaa myös heraproteiinien aggre- goitumiseen /Anon., 1979/ /Morr, 1975/. 90°C:ssa muodostuu aggre
gaatteja, joiden molekyylipaino on yli 100000. 16 sekunnin UHT- kuumennus 146°C:ssa aiheuttaa vähemmän aggregoitumista kuin kuu
mennus 90°C:ssa 10 ...30 minuuttia.
ß~laktoglobuliinin ja к-kaseiinin välille syntyy kompleksi disul- fidivaihtoreaktiolla lämmitettäessä maitoa. Kompleksin muodostu
minen vaikuttaa paljon maidon lämmönkestävyyteen /Anon., 1979/.
4. MAIDON JUOKSETTUMINEN
Maidon juoksettumisessa entsyymin toiminta kohdistuu к-kaseiiniin tuhoten sen kyvyn suojata kaseiinimisellejä saostumiselta.
Maidon juoksettumisessa erotetaan kaksi vaihetta /Latomäki, 1979/.
Ensimmäisessä vaiheessa juoksete-entsyymi hydrolysoi tietyn si
doksen к-kaseiinin polypeptidiketjusta, jolloin к-kaseiini hajoaa kahteen osaan, liukenemattomaksi para-K-kaseiiniksi ja liukene
vaksi glykomakropeptidiksi, ja menettää misellejä stabiloivan vaikutuksen. Toisessa vaiheessa a - ja к-kaseiini saostuvat' kal-
s
siumin läsnäollessa. Tällöin suojaamattomat misellit alkavat tarttua toisiinsa muodostaen ensin pienehköjä ketjuja, jotka muo
dostavat yhä tiheämmän proteiiniverkoston, jonka sisään jää mai
don vesiosa ja rasva sekä niihin liuenneet aineet. Verkosto pyr
kii vetäytymään kokoon, jolloin verkoston silmäkkeisiin jäänyt hera puristuu ulos. Tätä ilmiötä kutsutaan synereesiksi.
Jos kalsiumioneja ei ole läsnä entsyymin vaikuttaessa täyskaseii- nii-n/ muut kaseiinimisellin komponentit estävät para—к-kaseiinin saostumisen /Latomäki, 1979/.
Maidon lämmittäminen estää entsyymireaktiota /Anon., 1979/ /Morr, 1975/. Syy tähän on se, että juoksete-entsyymin pääsy hydrolysoi
maan «-kaseiinin entsyymiherkkää peptidisidosta estyy ß-lakto- globuliinin ja к-kaseiinin kompleksin muodostumisen tähden.
Eniten käytetty juoksete-entsyymi on renniini, jota saadaan vasi
koiden juoksutusmahoista /Latomäki, 1979/. Eläinkunnasta saadaan
myös sian ja naudan pepsiiniä. Renniinin saannin vaikeutuessa vasikoiden voimakkaan teurastuksen vuoksi on etsitty muita sopi
via juoksute-entsyymejä. Kasviperäisiä proteaaseja ovat papaiini, bromeliini ja fisiini. Näiden entsyymien epäkohtana on niiden usein liian voimakas proteolyyttinen aktiivisuus, mikä aiheuttaa juustoissa kitkerää makua. Homeproteaasit ovat tällä hetkellä osoittautuneet parhaimmiksi renniinin substituuteiksi. Markki
noilla on kolme kaupallista preparaattia : Endothia parasitican, Mucor pusillus var. Lindtin ja Mucor miehein tuottamat prote- aasit. Maitoa juoksettavia bakteerientsyymejä tuottavat mm.
Streptococcus liquifaciens, Micrococcus caseolyticus, Bacillus cereus, B. polymyxa, B. mesentericus, B. coagulans ja B. subtilus.
Bacillus-suvun tuottamilla entsyymeillä on toistaiseksi saatu parhaat juustot. Toistaiseksi ei kuitenkaan yhtään bakteeripro- teaasia ole tullut kaupalliseen käyttöön /Ernstrom, 1974/.
5. MAIDON PROTEIINIEN ERISTÄMINEN JA KÄYTTÖ
5.1. Kaseiini
5.1.1. Kaseiinin valmistus
Kaseiinia valmistetaan rasvattomasta maidosta saostamalla joko hapolla tai juoksetteella /Hynd, 1975/. Kun maidon pH:ta alenne
taan, irrottuu kaseiinikompleksista kalsiumia ja kaseiini tulee epästabiiliksi. Isoelektrisessä pisteessään (4,6) kaseiini saos
tuu. Tällöin kaikki kalsium on liuenneena. Myös kalsiumfosfaatti vapautuu kaseiinikompleksista liukoiseen muotoon. Kaseiinin val
mistuksessa pH lasketaan usein isoelektrisen pisteen alapuolelle, jotta kalsiumfosfaatti liukenisi mahdollisimman täydellisesti ja kaseiinin tuhkapitoisuus saataisiin alhaiseksi /Vattula, 1978/.
Kaseiinit luokitellaan saostuksen mukaan happo- ja juoksetekaseii- neiksi. Edellisiin luetaan usein ns. käymiskaseiini, jota saadaan maitohappokäymisen avulla.
5.1.1.1. Happokaseiini
Kaseiinin valmistuksesta on esitetty kaavio kuvassa 1. Tavalli
simmin kaseiinin saostamiseen käytetään mineraalihappoja, suola- ja rikkihappoa /Muller, 1971/. Saostuman laatuun vaikuttavat suu
resti saostuslämpötila ja -pH sekä käytetty happo. Lämpötilan kasvu tekee saostuman tiheämmäksi ja sitkeämmäksi. Saostuksessa on käytetty yleisesti lämpötilaa 30...35°C ja sen jälkeisessä
lämmityksessä lämpötilaa 44...46°C. Saostus-pH on yleisesti 4,3..
4,5, koska tällöin päästään alhaisempaan tuhkapitoisuuteen ja pa
rempiin saostuman käsittelyominaisuuksiin kuin korkeammilla pH- arvoilla /Richert, 1975/.
Saostuksen jälkeen hera erotetaan kaseiinista mekaanisesti. Saos
tuma pestään laktoosin ja suolojen poistamiseksi. Lopuksi pesty kaseiini kuivataan ja pakataan.
Kaseiinin saostamiseen voidaan käyttää myös maitohappoa /Vattula, 1978/. Happo valmistetaan kaseiiniherasta, jonka laktoosi käyte
tään maitohappobakteerilla. Käymisen aikana heraa neutraloidaan kalsiumhydroksidilla tai -karbonaatilla. Käymisen päätyttyä kal
sium säestetään rikkihapolla kalsiumlaktaatin muuttamiseksi takai sin maitohapoksi. Kaseiinin saostamiseksi maitohappoa lisätään lämmitettyyn maitoon kuten mineraalihappojakin.
5.1.1.2. Käymiskaseiini
Käymiskaseiinia valmistetaan rasvattomasta maidosta, jota käyte
tään maitohappobakteereilla (Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris) /Richert, 1975/ /Vattula, 1978/. Koaguloituminen kestää 25...27°C:ssa n. 16 tuntia, minä aikana pH laskee n. 4,5:een.
Seos kuumennetaan sitten saostuman kiinteyttämiseksi. Saostuksen jälkeen loppuvaiheet ovat samat kuin happokaseiinin valmistukses
sa (kuva 1).
Rasvaton maito
Lämpötila Kaseiinin saostus
■Happo
■Juokse te Heran erottaminen
»Happokaseiinihera
‘Juokse tekaseiinihera Pesu
Veden mekaaninen poisto
Alkalilisäys £■ ■Alkali Kuivaus
Kuivaus Jauhatus
Seulonta Seulonta
Pakkaaminen Pakkaaminen
KASEIINI KASEINAATTI
Kuva 1. Kaseiinin/kaseinaatin valmistus /Nemitz, 1977/.
5.1.1.3. Juoksetekaseiini
Juoksetekaseiinia valmistetaan koaguloimalla maitoa renniinillä /Nemitz, 1977/. Saostuksen kulku on suuresti juuston valmistuksen kaltainen. Maito juoksetetaan, ja syntynyt saostuma hajotetaan ja kuumennetaan lopuksi n. 65°C:een. Sen jälkeen seuraavat pesu, mekaaninen erotus ja kuivaus kuten happokaseiinin valmistuksessa
(kuva 1).
5.1.2. Kaseinaatti
Kaseiini on vaikealiukoinen. Siksi siitä valmistetaan liukoisem- pia kaseinaatteja sitruunahapon ja hiilihapon natrium-, kalium- ja kalsiumyhdisteiden avulla. Kaseiini suspendoidaan veteen 20- prosenttiseksi kolloidiseksi liuokseksi, johon lisätään alkalia, kunnes pH on 6,7. Liuos kuivataan sumutus- tai valssikuivaajalla (kuva 1). Kuivausta vaikeuttaa kaseinaattiliuoksen viskositeetin jyrkkä kasvu kuiva-ainepitoisuuden noustessa /Nemitz, 1977/.
5.1.3. Kaseiinin ja kaseinaatin käyttö
Tärkeimmät kaseiinin käyttösovellutukset ovat muualla kuin elin
tarviketeollisuudessa. Sitä on käytetty paperin ja kartongin päällystykseen sekä liimojen, muovien ja tekokuitujen valmistuk
seen /Vattula, 1978/.
Elintarviketeollisuudessa kaseiinin käyttö on rajoittunut lähinnä erityisvalmisteisiin, kuten aamiaismuroihin, joihin sitä lisätään proteiinitäydennykseksi /Vattula, 1978/. Lihaa jäljittelevissä valmisteissa kaseiinia voidaan käyttää joko yksinään tai yhdessä muiden, tavallisimmin kasviproteiinien kanssa. Useimmiten kaseii
ni lisätään kaseinaatteina. Niistä eniten käytetty on natrium- kaseinaatti. Se on hyvä vedensitoja ja rasvanemulgoija, lisäksi se liukenee helposti kuumaan veteen. Sen käyttösovellutuksiin kuuluvat lihaeinekset ja makkarat, kahvin valkaisujauheet, lei
vonnaiset, jäätelö ja valmiit jälkiruoka- ja kuorrutusseokset.
5.2. Yhteissaostumat
Yhteissaostuma (kopresipitaatti) on maidon proteiinivalmiste, jo
ka on saatu saostamalla kaseiinin ohella osa heraproteiineista.
Näin on voitu kohottaa proteiinisaanto (96 %) suuremmaksi kuin kaseiinin valmistuksessa (80 % ) ja lisätä proteiinivalmisteen ravintoarvoa heraproteiinien sisältämien rikkipitoisten aminohap
pojen tähden.
Yhteissaostuman valmistus käsittää heraproteiinien denaturoimisen lämmöllä sekä kaseiinin ja heraproteiinien kompleksin muodostumi
sen /Richert, 1975/ /Nemitz, 1977/. Maitoa kuumennetaan 90...
95°C:ssa, kunnes kaseiini ja heraproteiinit ehtivät reagoida.
Lämpökäsitellyt proteiinit seostetaan hapolla pH 4,6:ssa, kal- siumkloridilla tai näiden yhdistelmällä. Saostuma erotetaan heras
ta, pestään ja kuivataan. Kopresipitaatin liukoisuutta voi paran
taa käsittelemällä se ennen kuivausta polyfosfaateilla.
Yhteissaostumien koostumus ja toiminnalliset ominaisuudet riip
puvat saostuksessa käytetystä kalsiumkloridimäärästä ja pH:sta.
Ne luokitellaan kalsiumpitoisuuden perusteella kolmeen ryhmään /Southward ja Aird, 1978/:
1. 1 11 low-calcium" -tuote sisältää 0,5... 0,8 % kalsiumia ja säes
tetään pH 4,6:ssa
2. "medium-calcium" -tuote sisältää 1,0__ 2,0 % kalsiumia ja säestetään pH 5,3:ssa
3. "high-calcium" -tuote sisältää 2,5...3,0 % kalsiumia ja säes
tetään pelkästään lämmön ja kalsiumkloridin avulla.
Yhteissaostumat ovat huomattavasti vähäliukoisompia kuin useat muut proteiinivalmisteet, koska yhteissaostumien heraproteiinit ovat voimakkaasti denaturoituneita /Southward ja Goldman, 1975/.
Runsaasti kalsiumia sisältävät yhteissaostumat sitovat vettä paremmin kuin vähäkalsiumiset valmisteet. Jälkimmäisillä on puo
lestaan paremmat rasvansidontaominaisuudet /Kulonen et ai., 1972/
/Vattula et ai., 1977/.
Yhteissaostumat soveltuvat lihan korvaajiksi lihaeineksissä, lei
von taan, makeistuotteisiin ja snack-valmisteisiin sekä alhaisen laktoosipitoisuutensa vuoksi dieettivalmisteisiin /Southward ja Goldman, 1975/.
5.3. Heraproteiinien eristäminen ja käyttö
Heraa syntyy sivutuotteena juuston ja kaseiinin valmistuksessa.
Hera sisältää 20 % maidon proteiineista ja melkein kaiken laktoo
sin. Taulukossa 3 on esitetty erilaisten herojen koostumukset.
Taulukko 3. Erilaisten herojen keskimääräiset koostumukset /Valion laboratorion tuloksia/.
Juustohera
%
Happohera
%
Kuiva-aine 5,8 6,3
Proteiini 0,7 0,75
Laktoosi 4,8 4,8
Tuhka 0,5 0,7
Rasva 0,07 0,02
Hera on ollut ongelmana meijeriteollisuudessa, koska se saastuttaa
vesiä voimakkaasti. Sen BHK^-arvo on korkea (35000... 45000 mg»
-3
dm ) /Jelen, 1979/. Toisaalta se on hyvä ravinnelähde, koska sen proteiinit sisältävät huomattavia määriä välttämättömiä aminohappoja. Aikaisemmin hera poistettiin jätteenä tai käytet
tiin eläinten ruokintaan, mutta viime vuosina on kehitetty mene
telmiä sen hyväksikäyttöön myös ihmisravinnoksi.
5.3.1. Heraproteiinien eristäminen
Heran arvokkaita proteiineja voidaan eristää useilla menetelmillä.
Vanhin menetelmä on saostaa lämpödenaturoidut proteiinit herasta hapolla, jolloin saadaan kellertävä, vaikealiukoinen jauhe, jonka käyttö siksi on rajoitettua /Muller, 1974/.
Heraproteiinit omaavat natiiveina erinomaisia toiminnallisia omi
naisuuksia, kuten hyvä vaahtoavuus ja liukoisuus," joiden säilyttä
miseksi proteiinien eristämiseen denaturoitumattomina on käytet
tävissä sekä membraanierotus- ja saostusmenetelmiä.
Käänteisosmoosi väkevöi heraa poisten siitä vain vettä. Ultrasuo- datus nostaa herakonsentraatin proteiinipitoisuutta, sillä veden lisäksi herasta poistuu laktoosia ja suoloja. Mineraalien määrää voidaan vielä vähentää proteiineista lisäämällä vettä heraan ennen lopullista ultrasuodatusvaihetta. Tätä kutsutaan diasuodatukseksi /Delaney ja Donelly, 1973/ /Robinson, 1979/. Ultrasuodatuksella voidaan valmistaa jauhe, joka sisältää 60 % proteiinia, 30 % lak
toosia, 3 % rasvaa ja 7 % suoloja /Mirabel, 1978/.
Proteiineja voidaan erottaa heran muista komponenteista myös ioninvaihto- ja adsorptiotekniikalla /Mirabel, 1978/. pH:n ol
lessa proteiinin isoelektrisen pisteen alapuolella, nettovaraus on positiivinen ja proteiinit adsorboituvat kationinvaihtohart- siin, kun taas isoelektrisen pisteen yläpuolella adsorptio tapah
tuu anioninvaihtohartsiin. Proteiinit eluoidaan hartsista joko pH : ta muuttamalla tai ioninvahvuutta lisäämällä. Stenholm /1980/
on eristänyt heraproteiineja karboksimetyyliselluloosahartseilla.
Hänen mukaansa proteiinien adsorptio СМС-hartsiin ei riipu niin voimakkaasti pH:sta kuin osa tutkijoista on esittänyt. Kun heran pH oli 3...4 adsorboitui proteiinista lähes 80 %. Proteiinit voi
tiin eluoida suolahapolla sekä CMC- että DEAE-hartsista, vaikka jälkimmäinen onkin anioninvaihtohartsi. Saanto eluoitaessa oli 90 %. Hartsin kapasiteettia lisäsi huomattavasti heran suolapi
toisuuden väheneminen.
Geelisuodatus erottaa aineita molekyylikoon perusteella /Delaney ja Donelly, 1973/. Heran geelisuodatuksessa proteiinit eivät pys
ty tunkeutumaan geelihuokosiin ja eluoituvat ensin. Suolat, lak
toosi ja maitohappo tunkeutuvat huokosiin, niiden eluointinopeus hidastuu ja ne tulevat geelistä proteiinien jälkeen. Geelisuoda- tus erottaa siten heran suurimolekyylisten proteiinien fraktioon
(HMW) ja pienimolekyylisten fraktioon (LMW), laktoosiin ja suo
loihin. Proteiinisaanto HMW-fraktiossa on erinomainen, tavalli
sesti n. 95 %. Tavanomainen geelisuodatuksella valmistettu hera- proteiinikonsentraatti sisältää 54 ... 71 % proteiinia, 14 ... 32 % laktoosia, 2... 4 % tuhkaa ja 5... 7 % rasvaa.
Proteiinit voidaan saostaa polyelektrolyyteillä, jotka muodostavat
proteiinien kanssa kompleksin elektrostaattisen vuorovaikutuksen kautta. Tällöin syntyy höyteinen saostuma. Tällä "kylmäsaostuk
sella" proteiinit saadaan talteen natiiveina /Shahani et ai., 1978/. Saostimina on käytetty natriummetaheksafosfaattia /Hidalgo et ai., 1973/, karboksimetyyliselluloosaa /Hidalgo ja Hansen, 1971/, ferripolyfosfaattia /Jones et ai., 1972/ sekä bentoniit- tia ja lignosulfaattia /Cerbulis, 1978/.
5.3.2. Heraproteiinien käyttö
Heraproteiineilla on korkea ravintoarvo, koska ne sisältävät huo
mattavia määriä välttämättömiä aminohappoja. Niiden lysiinipitoi- suus on korkein kaikista ravintovalkuaislähteistä /Nemitz, 1977/.
Heraproteiinien käyttö perustuukin osittain niiden ravitsemus- ominaisuuksiin. Äidinmaidon vastikkeisiin on lisätty elektrodia- lysoitua tai ionivaihdettua heraa, jolloin heraproteiinien ja kaseiinin suhde saadaan samaksi kuin äidinmaidossa. Heraproteii
nit soveltuvat paljon proteiinia, vähän mineraaleja sisältävien dieetti- ja terapeuttisten tuotteiden valmistukseen. Viljapro- teiinien tehokkuutta on mahdollista nostaa lisäämällä herapro
teiineja jauhoihin /Delaney, 1976/.
Heraproteiineilla on myös hyviä toiminnallisia ominaisuuksia, joiden vuoksi niitä käytetään elintarviketeollisuudessa /Delaney, 1976/. Hyvän liukoisuuden vuoksi niitä voi lisätä tappamiin he
delmä juomiin tai hiilihapotettuihin virvokkeisiin. Niiden on to
dettu voivan korvata maitojauhe joko kokonaan tai osittain lei
vonnassa, kuten kakuissa tai kekseissä. Ne parantavat kakun
tilavuutta, tekevät sisuksen kosteammaksi ja mureammaksi. Niitä on käytetty myös raaka-aineena kahvin valkaisujauheen, kuorru- tusten ja pika-aamiaisruokien valmistukseen. Dickerin /1977/
mukaan heraproteiini soveltuisi kananmunan valkuaisen korvik
keeksi leivonnassa.
6. KIRNUPIIMÄ
Kirnupiimä on voinvalmistuksen yhteydessä syntyvä sivutuote.
Kirnuttaessa biologisesti hapatettua kermaa muodostuvat rasvaosa, voirakeet, ja piimäosa, kirnupiimä. Imelän voin valmistuksessa
jää jäljelle kirnumaito.
Kirnupiimää vastaavat seuraavat nimitykset eri maissa : kärnmjölk (Ruotsi), kaernemaelk (Tanska), natural tai sour-cream buttermilk (Englanti ja USA) ja reine Buttermilch tai Sauerrahm-Buttermilch (Saksa). Kirnumaito on englanniksi natural tai sweet-cream butter
milk ja saksaksi Süssrahm-Buttermilch.
Kirnupiimä on sivutuote, jonka laatuun ei kiinnitetä suurinta huomiota vaan tärkeintä on päätuotteen, voin laatu. Kirnupiimä on huonosti säilyvää hapettumisen ja heroittumisen vuoksi. Sen onkin varsinkin asutuskeskuksissa korvannut säilyvämpi viljelty piimä, joka tunnetaan eri maissa seuraavilla nimillä : filmjölk
(Ruotsi), commercial tai cultured buttermilk (Englanti) ja ge
schlagene Buttermilch (Saksa). Pelkkää "buttermilk"-sanaa käyte
tään laajasti ilman määrityssanoja, jolloin kirnupiimää ei erota sen jäljitelmistä tai kirnumaidosta. Useissa maissa ei varsinaista kirnupiimää olekaan, vaan kaikki piimä, rasvaton tai rasvainen, on "buttermilk"iä ilman tarkempaa määrittelyä /Reuhkala, 1978/.
6.1. Kirnupiimän tuotanto ja käyttö Suomessa
Suomessa valmistettiin vuonna 1979 voita n. 67 milj. kg, josta
hapatetusta kermasta kirnuttua n. 80 % eli 53,6 milj. kg ja ime
länä loput eli 13,4 milj. kg. Kirnupiimää syntyy 1,072 kg / 1 kg voita /Patchett, 1971/. Kirnupiimää tuotettiin siis n. 57 milj.
kg. Tavoitteena on siirtyä kokonaan voihin, joka on kirnuttu bio
logisesti hapatetusta kermasta. Tällöin kirnupiimän määrä kasvai
si edelleen.
Suomessa suurin osa kirnupiimästä käytetään rehuksi, etupäässä sioille, joko sellaisenaan meijerin omilla tai lähistön sikaloil
la tai neutraloituna rehumaitojauheen valmistukseen. Ihmisravin
noksi menee vain pieni osa kirnupiimästä tölkitettynä /Pesonen, 1980/.
6.2. Kirnupiimän ja sen jäljitelmien valmistus
6.2.1. Kirnupiimän valmistus
Kirnuttava kerma pastöroidaan fosfataasi- ja peroksidaasinegatii- viseksi. Pastörointi suoritetaan 82°C:ssa 15 s tai vastaavan te
hoinen lämpökäsittely /Reuhkala, 1978/. Kerman lämpökäsittelyllä voitaisiin parantaa helposti heroittuvan kirnupiimän stabiili- suutta. Tällöin heraproteiinien tulisi denaturoitua, jolloin ne saostuessaan tulevat osaksi saostumaa, jossa kaseiini on myös osallisena /Storgårds ja Aule, 1960/. Lämpökäsittely parantaa maitoproteiinien vedensidontakykyä /Richter, 1977/. Heraproteii
nien denaturoimiseksi kermaa on kuumennettava 20... 30 min 80...
85°C:ssa tai 2 min 90°C:ssa. Näin voimakas kuumennus heikentää kuitenkin päätuotteen, voin, laatua /Storgårds ja Aule, 1960/.
Pastöroinnin jälkeen kerma hapatetaan. Mikro-organismeina käyte
tään Streptococcus lactis-, Streptococcus cremoris-, Leuconostoc citrovorum- ja Streptococcus diacetilactis -lajeja. Näistä kaksi ensin mainittua kuuluvat maitohappobakteereihin ja kaksi jälkim
mäistä aromibakteereihin. Kermassa syntyy käymisen tuloksena mai
tohapon lisäksi haihtuvia happoja, kuten etikka- ja propionihappoa, sekä hiilidioksidia, alkoholia ja diasetyyliä /Antila, 1972/.
Diasetyyli on tärkeä flavorin muodostaja kirnupiimässä. Maitohappo puolestaan ei ainoastaan vaikuta flavoriin, vaan saa aikaan ker
man koaguloitumisen ja muuttaa sen rakennetta /Kilara ja Shahani, 1978/.'
Kerma hapatetaan 34 ... 36 °SH:een*) minkä jälkeen se kirnutaan.
Kirnupiimän heroittumisen estämisen kannalta on tärkeää, että ker
maa on hapatettu voimakkaasti. Kirnuuntumiseen vaikuttavat kirnua- mislämpötila, kerman rasvapitoisuus ja kerman happamuus. Kirnua- misen ja aromin muodostuksen kannalta paras kerman rasvaprosentti on 30... 35 /Alivaara, 1971, s. 110/. Kirnuamisen jälkeen voira- keistosta erotetun kirnupiimän voimakasta mekaanista käsittelyä on vältettävä, koska se aiheuttaa myös heroittumista. Kirnupiimän tasalaatuisuus säilyy, jos sen sisältämä hiilidioksidi poistetaan /Alivaara, 1971, s. 120/.
*) °SH on happamuusyksikkö, joka ilmoittaa kuinka monta cm3:ä 0,25 M NaOH kuluu, kun neutraloidaan 100 cm3 maitoa.
6.2.2. Viljelty piimä
Viljelty piimä (cultured buttermilk) on korvannut usein huonosti säilyvän kirnupiimän /Antila, 1972/.
Viljelty piimä valmistetaan joko rasvattomaan tai kokomaitoon /Ashton, 1963/. Pastöroinnin yhteydessä maito pyritään käsittele
mään niin, että tapahtuu osittainen heraproteiinien denaturoitu
minen, mikä vaatii kuumennusta 85°C:ssa 30 min tai 90°C:ssa 3 min (HTST). Lämpökäsittelyn jälkeen maito jäähdytetään ja hapatetaan voin valmistukseen tarkoitetulla hapatteella, niin että pH laskee 4,6...4,7 : ään. Tämän jälkeen saostuma muokataan homogeeniseksi ja syntynyt piimä jäähdytetään 5°C:een /Antila, 1972/ /Richter, 1977/.
Jäijitelläkseen kirnupiimää, joka saattaa sisältää voirakeita, viljeltyyn piimään voidaan lopullisen jäähdytyksen aikana lisätä pieni määrä kirnuttua kermaa tai sulatettua voita /Ashton, 1963/.
6.2.3. Suoraan hapatettu piimä (buttermilk)
Piimää on valmistettu maidosta kemiallisesti hapettamalla /Mann, 1970/. Pastöroidun rasvattoman maidon pH lasketaan hapolla 4,2...
4,5:een. Saadun piimän stabiilisuutta parantaa vesiliukoisen fosfaatin lisääminen. Piimä säilyy jääkaapissa kuukauden.
6.2.4. Kirnupiimävalmiste
Kirnupiimävalmiste tehdään sekoittamalla kirnupiimään rasvatto
masta maidosta biologisesti hapattamalla tehtyä piimää (viljel
tyä piimää). Seos homogenisoidaan, ja siihen lisätään kulutusmai
toa. Valmiste jäähdytetään ja pakataan. Se säilyy kirnupiimää pa
remmin /Kinnunen, 1972/.
6.3. Kirnupiimän koostumus
Kirnupiimän koostumus on esitetty taulukossa 4. Se vaihtelee ker
man rasvapitoisuuden, hapatuksen, laitteistojen ja tekniikan mu
kaan. Taulukossa 4 on myös kirnumaidon ja rasvattoman maidon koos
tumus Lambertin /1975, s. 198/ mukaan. Taulukossa 5 on kirnupii
män, rasvattoman piimän ja maidon koostumus suomalaisten tietojen mukaan. Kirnupiimän pH on 4,0... 4,5.
Taulukko 4. Kirnupiimän, kirnumaidon ja rasvattoman maidon koostumus /Lambert, 1975, s. 198/.
Kirnupiimä
%
Kirnumaito
%
Rasvaton maito
%
Vesi 91,3 90,8 90,4
Proteiini 3,4 3,4 3,7
Rasva 0,7 0,6 0,1
Laktoosi 3,4 4,4 5,0
Tuhka 0,7 0,7 0,8
Maitohappo 0,6 0,04
Taulukko 5. Kirnupiimän, rasvattoman piimän ja rasvattoman mai
don koostumus Turpeisen /1978/ mukaan.
Vesi (g)
Proteiini (g) Rasva (g)
Hiilihydraatti (g) Tuhka (g)
Kalium (mg) Kalsium (mg) Magnesium (mg) Rauta (mg)
А-vitamiini (yg) Tiamiini (mg) Riboflaviini (mg) Niasiini (mg)
Askorbiinihappo (mg)
a) tähän sisältyy 0,8...1,0 b) askorbiinihappoa lisätty
Kirnupiimä Rasvaton piimä
Rasvaton maito (100 g) (100 g) (100 g)
91,3 90,7 90,7
3,4 3,5 3,5
0,3 0,1 0,1
4,3a) 5,0a) 5,0
0,7 0,7 0,7
140 140 140
120 120 120
12 • Г2 12
0,05 0,05 0,05
92 2,3 0,8
0,04 0,04 0,04
0,20 0,20 0,20
0,1 0,1 0,1
5b) 0,9 1
g maitohappoa
6.3.1. Kirnupiimän proteiinit
Kirnupiimän proteiinipitoisuus vaihtelee. Tuoreen kirnupiimän keskimääräinen proteiinipitoisuus on 2,48 % /Witting ja Antila, 1977/. Pitoisuudeksi on ilmoitettu myös 3,5 % /Alivaara, 1971, s. 120/ ja 3,6 % /Reuhkala, 1978/ taulukkojen 4 ja 5 antamien tietojen lisäksi.
Kirnupiimä vastaa proteiinisisäilöitään rasvatonta maitoa. Sen proteiinimäärä on kuitenkin hieman pienempi kuin rasvattoman mai
don /Reuhkala, 1978/. Kerman käsittely saa aikaan muutoksia maidon proteiineissa /Pien, 1977/. Kerman hapatuksen aikana kaseiinista vapautuu kalsiumia, ja kaseiini saostuu. Saostumassa on mukana myös kerman lämpökäsittelyssä saostuneita heraproteiineja. Kaseii
ni on koaguloitunut hienoiksi partikkeleiksi eikä kovaksi massak
si. Syy tähän on kerman suuri rasvapallosmäärä, jonka tähden ve- sifaasi on niin jakautunut, ettei se hapatuksessa kykene muodos
tamaan yhteistä saostumaa, suuria partikkeleita. Kermaa kirnuttaes
sa rikkoutuu maidon rasvapallosia ympäröivää membraania /Ali- Yrkkö, 1980/. Tällöin membraanimateriaalia, kuten proteiineja, joutuu runsaasti kirnupiimään, missä tätä materiaalia on viisin
kertainen määrä verrattuna rasvattoman maidon sisältämään määrään.
Kirnumaito, joka syntyy imelän voin valmistuksen yhteydessä, on kirnupiimän kaltainen materiaali. Taulukossa 6 ovat kirnumaidon, maidon ja munan välttämättömien aminohappojen määrät Pompein ja Perin mukaan /1976/. Kirnumaito sisältää rikkipitoisia aminohap
poja enemmän kuin maito, mikä Pompein ja Perin mukaan on epäsuora vahvistus membraaniproteiinien läsnäololle. Näiden aminohappojen
suuremman pitoisuuden vuoksi kirnumaidon proteiinipiste (protein score) > on korkeampi kuin maidon, ja niiden sisältämien SH-ryh- mien takia on mahdollista muodostua molekyylien välisiä S-S-sidok-
sia, ts. muodostua joustava bidimenstonaalinen rakenne. Viimeksi
proteiinipiste (protein score): kun proteiinin aminohappokoos
tumus tunnetaan, ilmoitetaan jokaisen välttämättömän aminohapon ,määrä prosentteina kansainvälisesti sovitusta standardista
(FAO 1957). Alhaisin prosenttiluku on kulloinkin kyseessä ole
van proteiinin saama proteiinipiste.
mainitun ominaisuuden tähden kirnumaidon proteiinien lisääminen kermaan parantaa vaahdon pysyvyyttä.
Taulukko 6. Kirnumaidon, maidon ja munan välttämättömien amino
happojen määrät. Proteiinipistettä laskettaessa on munan proteiini referenssinä /Pompei ja Peri, 1976/.
Välttämätön Kirnumaito Maito Muna
aminohappo
mg/gN2 A/Ea)
mg/gN2 A/E mg/gN2 A/E
Isoleusiini 375 101 295 92 393 123
Leusiini 666 179 586 186 551 172
Lysiini 528 142 487 152 436 136
Aromaattiset
aminohapot 766 205 633 198 618 193
Fenyylialaniini 357 96 336 105 358 112
Tyrosiini 408 110 297 93 260 81
Rikkipitoiset
aminohapot 369 99 208 65 362 113
Kystiini 178 48 51 16 152 47
Metiotiini 191 51 157 49 210 66
Treeniini 340 91 278 87 320 100
Tryptofaani • 85 23 88 27 93 29
Väliini 408 110 362 113 428 134
Välttämättömien aminohappojen
kokonaismäärä 3713 2947 3201
Proteiinipiste 79 57 100
Rajoittava aminohappoi tryptofaani rikkipitoiset -
A/E ______________ aminohapon määrä_______________
välttämättömien aminohappojen kokonaismäärä a)
6.3.2. Kirnupiimän rasvaosa
Kirnupiimä sisältää melko vähän rasvaa, keskimäärin 0,3 %. Rasva- määrään vaikuttavat mm. kerman rasvapitoisuus, kirnuamistekniikka
ja kerman lämpökäsittely. Hapatetusta kermasta irtoaa rasvaa vä
hemmän piimään kuin imelänä kirnutusta.
Kirnupiimän sisältämän rasvan koostumus eroaa normaalista maito
rasvasta, sillä kirnupiimä sisältää runsaasti fosfolipidejä /For
søgsmejeriet, 1969/. Maito sisältää fosfolipidejä 0,03 %, kirnu- piimä 0,18 %. Fosfolipidit ovat peräisin rasvapallosmembraanista, josta suurin osa joutuu kirnuttaessa kirnupiimään /Lambert, 1975, s. 28/. Fosfolipideistä on n. 30 % lesitiiniä, 39... 45 % kefalii- nia ja 19...25 % sfingomyeliiniä /Statens Forsøgsmejeriet, 1968/.
Fosfolipidit vaikuttavat kirnupiimän ominaisuuksiin /Egelund, 1976/. Fosfolipidien hyvä emulgointikyky myötävaikuttaa kirnu- piimän proteiinien hienoon dispergoitumiseen. Toisaalta fosfoli
pidit sisältävät paljon monityydyttämättömiä rasvahappoja, minkä tähden ne hapettuvat helposti ja aiheuttavat kirnupiimän huonon säilyvyyden. Hapettumisen estämiseksi lisätään kirnupiimään as- korbiinihappoa.
Hapettumisreaktioita katalysoi erityisesti kupari /Mulder ja Walstra, 1974, s. 96/. Maidon sisältämästä luonnollisesta ku
parista 5... 25 % on rasvapallosmembraanissa. Maidon jäähdyttämi
nen irrottaa kuparia membraanista, kun taas lämmittäminen ja pH:n lasku aiheuttaa kuparin (erityisesti lisätyn) kulkeutumisen ras- vapallosiin. Tämä voi olla tärkeä tekijä happamesta kermasta
valmistetun voin suuremmalle alttiudelle hapettua kuin imelän voin. Kerman korkeapastörointi (82...90°C) estää pH:n laskun ai
heuttaman kuparin kulkeutumisen rasvapallosiin (kuva 2). Tällöin kupari joutuu kirnupiimään.
Kirnupiimän fosfolipidipitoisuus riippuu kirnuttavan kerman ras
vapitoisuudesta. Koska suuri fosfolipidipitoisuus edistää hapet
tumista, on kirnupiimän säilyvyyden kannalta suotavaa, ettei kir
nuttavan kerman rasvapitoisuus ylittäisi 15 % :ia /Jensen, 1975/.
— kirnupiimä
VOI
pastörointilämpötila (°C)
Kuva 2. Kuparin jakautuminen voin ja kirnupiimän välillä, kun kerma on lämmitetty ennen kirnuamista /Mulder ja
Walstra, 1974/.
6.4. Kirnupiimän käyttö
6.4.1. Jauheet
6.4.1.1. Kirnupiimäjauheen valmistus
Kirnupiimän kuivaaminen ei sinänsä tuota vaikeuksia, mutta sen esikonsentrointi on hankalaa. Happamuuden takia kaseiini on saos
tunut. Kirnupiimän viskositeetti on suuri, ja on olemassa vaara että kirnupiimä palaa kiinni haihdutuspinnalle /Masters, 1979/
/Webb ja Whittier, 1970, s. 327/. Neutraloituna kirnupiimä voi
daan konsentroida normaalisti, kun neutralointi suoritetaan juuri ennen haihdutusta niin, ettei kirnupiimä ehdi hapantua uudelleen, sillä hapateorganismit ovat vielä aktiivisia ja vain osa laktoo
sista on käytetty maitohapoksi /Reuhkala, 1978/.
Kirnupiimän konsentrointi happamena vaatii erityisiä toimenpitei
tä /Masters, 1979/. Kirnupiimän ja konsentraatin lämpötila on pi
dettävä alhaisena (57...58°C). Haihdutuksen ensimmäisessä vaihees
sa tai pastöroinnissa ei saa käyttää korkeita lämpötiloja. Kier
rätys ensimmäisessä tai toisessa vaiheessa on suoritettava alhai
sessa lämpötilassa, mikä johtaa pieneen kapasiteettiin. Tavalliset haihduttajät konsentroivat 25 prosenttiin kuiva-ainetta. Konsen- traatti on hyvin viskoosia ja pumpataan 43°C:n lämpötilassa sumu- tuskuivaajaan. Sisääntulolämpötila sumuttimeen on 175...190°C.
Kirnupiimäjauheen valmistuksessa on vaikeutena konsentraatin valmistus. Wideran /1978/ mukaan työstämätöntä kirnupiimää haih
dutettaessa saadaan kuivattavaksi kelpaamaton tahnamainen kon-
sentraatti. Kirnupiimä voidaan konsentroida tällöin vain suhtees
sa 1 : 3, mikä on riittämätöntä jauheen valmistusta varten. Tyy
dyttävä konsentraatti voidaan valmistaa kuumentamalla kirnupiimä yli 90°C:een ennen haihdutusta, haihdutussuhteeksi saatiin 1:5.
Konsentraatin ominaisuuksia voi parantaa vielä homogenisoimalla se kuumennuksen jälkeen, jolloin saostunut proteiini jakautuu erittäin hienoksi ja. laskeutuu konsentraatissa hyvin hitaasti.
Tällöin päästään haihdutussuhteeseen 1:6. Lämpökäsitelty ja homogenisoitu kirnupiimäkonsentraatti voidaan sumutuskuivata jau
heeksi .
Reuhkalan /1978/ mukaan kirnupiimän kuivaaminen happamena sumutus kuivaajalla ilman esikonsentrointia ei tuota vaikeuksia. Kannatta vuus ei kuitenkaan ole hyvä, sillä 8 % kuiva-ainetta sisältävän kirnupiimän kuivaus on erittäin hidasta ja kallista.
Ruotsissa kehitetyllä erikoismenetelmällä (EGAL) voidaan kirnu- piimää happamena kuivata varovaisesti ja taloudellisesti /Anon., 1973/. Kuivattava tuote levitetään pienten muovipallojen päälle, jotka liikkuvat säiliössä. Tuotteen kostuttamat pallot laskeutu
vat hitaasti säiliön pohjaa kohden, jolloin vastaantuleva kuuma ilma kuivaa tuotetta. Lähellä säiliön pohjaa on erotusalue, jossa pallot ja ilma kulkevat samaan suuntaan. Täällä jauhe kuivataan lopullisesti ja erotetaan. Jäljelle jäänyt lämmin ilma kuljettaa jauheen sykloniin, kun taas pallot kulkeutuvat säiliön yläosaan uudelleen kostutettaviksi. Kuivausilman sisääntulolämpötila on 60 . ..150°C ja kuivausaika 1... 60 min.
Forman et ai. /1976/ ovat valmistaneet kirnupiimästä leivontaan,
elintarvikkeisiin ja rehuihin soveltuvan tuotteen, jonka valmis
tukseen kuuluvat kirnupiimän neutralointi ammoniakilla pH 6,8:aan, pastörointi 90°C:ssa, haihdutus 45-prosenttiseksi ja kuivaaminen.
6.4.1.2. Kirnupiimäjauheen koostumus
Taulukossa 7 on esitetty neutraloidun kirnupiimä-, kirnumaito- ja rasvattoman maitojauheen koostumus.
Taulukko 7. Neutraloidun kirnupiimä-, kirnumaito- ja rasvatto
man maitojauheen koostumus.
Kirnupiimä3*
%
Kirnumaito*3*
%
Rasvaton maito
%
Vesi 3,5 3,6 2,5
Rasva 5,0 4,6 0,9
Proteiini 33,1 36,0 36,9
Laktoosi 40,7 48,0 52,1
Tuhka 10,3 7,8 7,6
a) Reuhkala /1978/
b) Rothwell /1974/
c) Valion laboratorion tuloksia
Taulukko 8. Neutraloidun kirnupiimäjauheen ja rasvattoman maito
jauheen kivennäisainepitoisuudet /Reuhkala, 1978/
/Valion laboratorion tuloksia/.
Fe Kirnupiimäjauhe 4,2 Rasvaton maitojauhe 4,6
K Na Ca Mg P Cl
mg / 100 g jauhetta
1480 2200 1150 125 940 1140 1820 489 1380 120 990 1030
Taulukko 9. Kirnupiimä- ja rasvattoman maitojauheen lipidi- koostumus /Kinsella, 1971/.
Kokonais- Neutraali- Fosfo- lipidi lipidi
g / 100 g
lipidit
Kirnupiimäjauhe 5,0 3,9 1,1
Rasvaton maitojauhe 1,4 1,1 0,3
Kirnupiimäjauhe sisältää rasvaa huomattavasti enemmän kuin ras
vaton maitojauhe (taulukko 7). Tämä rasva sisältää runsaasti fosfolipidejä (taulukko 9), joista 32 % on fosfatidyylikoliinia, 34 % fosfatidyylietanolamiinia, 15 % sfingomyeliiniä, 7 % fosfa- tidyyli-inositolia, 5 % fosfatidyyliseriiniä, 3 % lysofosfati- dyylikoliinia ja 4 % keramidiheksosidia /Kinsella, 1971/. Fosfo- lipidit sisältävät huomattavia määriä välttämättömiä rasvahappo
ja, kuten linolihappoa ja linoleenihappoa /Patton, 1964/.
Maitoproteiinien välttämättömien aminohappojen määrä on hyvin tärkeä käytettäessä näitä proteiinivalmisteita leivonnassa. Ly- siinin ja tryptofaanin saanti esim. maitoproteiineista on erityi
sen toivottavaa, sillä näitä aminohappoja on vähän jauhoissa ja jauhopohjäisissä tuotteissa /Kinsella, 1971/. Taulukossa 10 on esitetty kirnupiimäjauheen aminohappokoostumus. Jauhe on saatu sentrifugoimalla kirnupiimää, pastöroimalla ja kuivaamalla tuo
te .
Taulukko 10. Kirnupiimäjauheen aminohappokoostumus. Jauheen proteiinipitoisuus on 68 % /Abrahamsson et ai., 1974/.
mg / g N
Isoleusiini 360
Leusiini 637
Lysiini 551
Metioniini 198
Kystiini 65
Fenyylialaniini 326
Tyrosiini 357
Treeniini 321
Väliini 432
Arginiini 265
Histidiini 195
AI aniini 230
Asparagiinihappo 509
Glutamiinihappo 1352
Glysiini 140
Proliini 644
Seriini 423
6.4.1.3. Kirnupiimäjauheen säilyvyys
Reuhkalan /1978/ mukaan happamena kuivattu kirnupiimäjauhe säilyy huonosti ja hapettuu nopeasti.
Huono säilyvyys johtuu suuresta lipidipitoisuudesta. Jauhe säi
lyy 1...3 kuukautta ja on suositeltavaa, että se käytetään niin pian kuin mahdollista /Webb ja Whittier, 1979, s. 153/ /Hall ja Hedrick, 1971, s. 166/. Toisaalta Ziemerin et ai. /1962/ mukaan
kirnupiimäjauhe on säilynyt yli vuoden niin, ettei flavori ole muuttunut.
6.4.1.4. Kirnupiimäproteiinijauheet
Kirnupiimän proteiineja on konsentroitu ultrasuodattamalla.
Khell-Wicklein /1973/ on erottanut kirnupiimän proteiineja ja poistanut laktoosia ultrasuodattamalla. Kirnupiimän kuiva-aine
pitoisuus nousi 6 % :sta 24 % :iin. Permeaatti ei sisältänyt pro
teiinia lainkaan, mutta laktoosia 2,2 %. Konsentraatti sisälsi 9,6 % laktoosia. Ultrasuodatettaessa muodostui saostuma, kun kuiva-ainepitoisuus oli yli 15 %. Konsentroituvan liuoksen voi
makas sekoitus on välttämätöntä, ettei suodatuskaIvon pinnalle muodostu virtausta hidastavaa kerrosta.
Laktoosin lisäksi on usein tärkeää poistaa myös suolat proteii- nikonsentraatista. Käytännössä kuitenkin ultrasuodatuksessa ta
pahtuu usein suolojen retentiota, vaikka membraani onkin niitä läpäisevä. Retentio saattaa johtua siitä, että epäorgaaninen aines on muodostanut proteiinin kanssa kompleksin. Ainoastaan kompleksista dissosioitunut epäorgaaninen aines voi läpäistä kalvon. Suoloja voidaan kuitenkin irrottaa kompleksista alenta
malla pH:ta, jolloin he voivat läpäistä kalvon. Hiddink et ai.
/1978/ ovat poistaneet suoloja kirnumaidosta (pH 6,6) ultra- ja diasuodatuksella. Ultrasuodatus tehtiin pH 6 :ssa, jolloin anio- nit kuten Cl , poistuivat helpoimmin. Diasuodatuksen aikana pH oli proteiinien isoelektrisen pisteen alapuolella, 3,5 tai 1,5.
2 +
Tällöin kationit, kuten Ca , poistuivat helposti. pH 1,5:ssä
ultrasuodattui myös kupari, koska se irrottui proteiini- ja rasvapallosmembraanikompleksista. Kuparin poisto on tärkeää ha- pettumisilmiöiden estämiseksi. Ultrasuodatuksen aikana kuiva- aineen proteiinipitoisuus nousi 34 % :sta 62 % :iin ja diasuoda- tuksen aikana lähes 80 % :iin.
Meggle /1974/ on valmistanut kuivia maitoproteiinivalmisteita siten, että saostunutta kaseiinia sisältävän maitovalmisteen pH laskettiin kaseiinin isoelektrisen pisteen alapuolelle, li
säämällä hapatettua heraa, minkä jälkeen kaseiini dispergoitiin tai liuotettiin ja seos kuivattiin. Saostunutta kaseiinia sisäl
tävä tuote oli esimerkiksi kirnupiimä, jonka pH laskettiin 2,7 ... 4,5 :een heralla, joka oli tehty happamaksi hapolla tai ioninvaihtajalla. Kaseiinin dispergointi tai liuotus tapahtui lämmittämällä seos 50...80°C:een, mieluimmin 60...75°C:een.
Näin saatu liuos voitiin konsentroida ennen kuivausta mm. ultra- suodatuksella, jolloin tuotteen proteiinipitoisuus kasvoi. Kon- sentraatti voitiin sumutuskuivata. Valmiste sisälsi 55,5 % pro
teiinia, 34,8 % laktoosia, 7,7 % happoja ja mineraaleja sekä 2 % vettä.
Heran ja kirnupiimän tai rasvattoman maidon seoksesta on valmis
tettu yhteissaostuma /Stichting Bedrijven, 1974/. Seoksessa juokseteheraa oli neljä kertaa enemmän kuin kirnupiimää. Seok
sen pH oli 5,7...5,8, ja se nostettiin 6,5 ... 7,1:een, minkä jäl
keen seurasi kuumennus yli 80°C:ssa ainakin 5 minuuttia. Kalsium- kloridia lisättiin 0,1...1,0 % seoksen painosta. Kopresipitaatti pestiin laktoosin määrän vähentämiseksi ja käsiteltiin ennen kuivausta polyfosfaattiliuoksella liukoisuuden parantamiseksi.
Kuivan tuotteen koostumus oli yleensä 75... 80 % proteiinia, 3...
4 % vettä, 5...7 % rasvaa, 7...12 % tuhkaa ja 1 % laktoosia.
Kirnupiimän sisältämä kaseiini voidaan erottaa sentrifugoimalla, ja siitä voidaan edelleen valmistaa neutraloimalla ja kuivaa
malla natrium- ja kalsiumkaseinaattia /Pien, 1977/. Jäljelle jäävä hera voidaan käyttää kuten juuston ja kaseiinin valmistuk
sessa maidosta jäävä hera.
6.4.1.5. Jauheiden käyttö
Kuivatut maitovalmisteet ovat arvokas ravinnollinen lisä lei
vässä sekä korkean proteiinipitoisuuden tähden että maitoproteii
nien sisältämien tiettyjen välttämättömien aminohappojen takia, jotka ovat vehnäproteiineissa rajoittava tekijä proteiinien op- timihyväksikäyttöön /Mertens, 1969/. Proteiineilla on lisäksi hyvä vedensidontakyky, ne vahvistavat yhdessä vehnäproteiinien kanssa taikinaa ja muodostavat maidon pääasiallisen puskurisys- teemin. Hiiva ei käytä jauheissa olevaa laktoosia, joka lämmön vaikutuksesta reagoi proteiinien kanssa aikaan saaden leivän ruskean värin.
Kirnupiimäjauheita voidaan käyttää usein korvaamaan maitojauhet
ta /Kinsella, 1971/. Niiden sisältämien huomattavien haihtuvien happo- ja fosfolipidimäärien takia ne ovat erinomaisia lisäai
neita kakkuseoksiin ja suklaavalmisteisiin, koska ne emulgoivat hyvin ja parantavat flavoria. Leivässä kirnupiimäjauheet lisää
vät tilavuutta ja parantavat flavoria ja rakennetta /Reger ja
Coulter, 1951/.
Kirnumaitoa voidaan käyttää jäätelössä, jossa se parantaa vis- pautumisomina!sunksia suuren lesitiinipitoisuutensa vuoksi /Lambert, 1975, s. 198/ /Webb ja Whittier, 1970, s. 290/. Neut
raloi tunakaan kirnupiimä ei sen sijaan sovellu jäätelöseokseen, koska kirnupiimällä on heikko laatu ja epämiellyttävä maku
/Webb ja Whittier, 1970, s. 292/.
Reuhkalan /1978/ mukaan neutraloidusta kirnupiimästä tehty jau- hè soveltuu elintarvikekäyttöön, kuten leivontaan ja makkaran
valmistukseen rasvattoman maitojauheen tapaan.
6.4.2. Kirnupiimäjuusto
Kirnupiimää voidaan käyttää joko sellaisenaan tai kuivattuna juuston valmistukseen.
Sumutuskuivatulla kirnupiimäjauheella on korvattu osa (korkein
taan 50 %) rasvattomasta maitojauheesta valmistettaessa Neuchatel- ja kermajuustoa. Kirnupiimän käyttö on alentanut rasvan menetys
tä heraan ja parantanut flavoria /Hall ja Hedrick, 1971, s. 279/.
Ainoastaan kirnupiimää raaka-aineena käyttäen on valmistettu juustoa lämmittämällä kirnupiimä sopivaan lämpötilaan kaseiinin saostamiseksi /Statens Fors/gsmejeriet, 1972/. Juustoa on valmis
tettu sekä vähärasvaisesta (8...12 %) että rasvaisesta (30...
40 %) kermasta tuotetusta kirnupiimästä. Molemmilla tavoin tuo
tetusta kirnupiimästä saadaan homogeenista ja tyydyttävän laa
tuista juustoa, mutta rasvaisesta kermasta tuotettu kirnupiimä vaatii korkeamman kuumennuslämpötilan ja pitemmän heran erot- tamisajan juustomassan kiinteyttämiseksi tarpeeksi. Juuston kuiva-ainepitoisuus on n. 19 % ja pH 4,5...4,-7.
Kirnupiimästä voidaan tehdä tuorejuustoa sentrifugoimalla koa- guloitunut kaseiini samalla tavalla kuin valmistettaessa tätä juustoa hapatetusta rasvattomasta maidosta /Pien, 1977/. Saadun kirnupiimäjuuston kuiva-ainepitoisuus on 15... 20 %.
Edam-juuston valmistukseen voidaan kirnupiimää käyttää siten, että osa kattilaina idos ta korvataan kirnupiimällä /Reuhkala, 1978/
/Witting ja Antila, 1977/. Kirnupiimän lisäys lyhentää juokset- tumisaikaa ja maitohapon muodostuminen juuston valmistuksen ai
kana nopeutuu. Kirnupiimän neutraloinnilla ja lämpökäsittelyllä voidaan hidastaa maitohapon muodostumista ja lisätä juustosaa-
lista. Kirnupiimän lisäys heikentää juuston makua ja kolonmuo- dostusta, muttei kuitenkaan siinä määrin etteivätkö juustot kel- paa leimajuustoiksi. Kirnupiimää voidaan lisätä kattilamaitoon 10 %.
Lisäämällä kirnupiimää, joka on neutraloitu maidon normaaliin pH-arvoon, enintään 30 % rasvattomasta maidosta nopeutuu juuston vanheneminen /Kalmikova ja Prodanski, 1976 a/.
Kypsän juuston vapaiden aminohappojen määrä kasvaa, kun juuston valmistukseen käytettävään maitoon lisätään kirnupiimää
/Kalmikova ja Prodanski, 1976 b/.
Kirnupiimän lisääminen raejuustoon ja seoksen kuivaaminen pa
rantaa juuston säilyvyyttä /Blanchaud, 1973/. Stabiloiva vaiku
tus johtuu kirnupiimän sisältämästä maitohaposta ja lesitiinistä.
Kirnupiimää lisätään juuston määrästä 5... 30 %.
6.4.3. Kirnupiimä rahkan valmistuksessa
Kirnupiimä on erittäin käyttökelpoista rasvattoman maidon kor
vaamisessa maitorahkaa valmistettaessa /Reuhkala, 1978/. Rahka- massan laatu on lähes samanlainen kun kirnupiimää on lisätty
0... 30 %. Suuremmilla lisäyksillä juoksettuma pehmenee liiaksi.
Kirnupiimän lisäys nostaa rahkan rasvapitoisuutta, muuten lisäys ei vaikuta rasvan koostumukseen.
Saksassa valmistetaan kirnupiimärahkaa, joka on maustettu vanil
jalla, mokalla tai pähkinällä /Anon., 1977/.
Widera /1978/ on tutkinut olosuhteiden vaikutusta kirnupiimän jakamiseksi sentrifugoinnilla heraan ja rahkaan (Buttermilch
quark) . Kirnupiimän lämmittäminen ennen separointia 50...70°C:een edistää erottumista. Rahkan kuiva-aine- ja proteiinipitoisuuden maksimi on lämpötilassa 65°C. Lämpötila sentrifugoinnin aikana vaikuttaa myös rahkan ja heran erottumiseen. Suurin rahkan kuiva- aine- ja proteiinipitoisuus saavutetaan 25...30°C:ssa. pH vaikut
taa rahkan erottumiseen siten, että paras rahkan kuiva-ainepitoi
suus on pH-alueella 4,40...4,65.
6.4.4. Kirnupiimä ravintorasvassa
Ruotsissa valmistetaan vähärasvaista (40 %) ravintorasvaa (Lätt
& Lagom), joka sisältää voiöljyä, kovettamatonta soijaöljyä ja sentrifugoinnilla erotettua kirnupiimäproteiinia /Anon., 1974/.
Ravintorasvaa valmistettaessa rasvat sekoitetaan keskenään, ja rasvaseokseen lisätään proteiini. Sekoittamisen jälkeen tuote pastöroidaan 85°C:ssa, jäähdytetään ja pakataan. Alhainen rasva
pitoisuus vaatii stabilisaattorin lisäämisen. Kirnupiimän pro
teiinin sisältämät makuaineet antavat ravintorasvalle hienon maun, jota pitää vain vahvistaa margariineihin käytettävillä aromiaineilla. Kirnupiimän proteiini vaikuttaa tuotteen konsis- tenssiin, sitoo vettä ja stabiloi emulsiota /Vamling, 1975/.
6.5. Kirnupiimän vaikutus veren kolesterolitasoon
Howard ja Marks /1979/ ovat tutkineet erilaisten maitovalmistei
den vaikutusta veriplasman kolesterolitasoon. Koehenkilöille an
nettiin tutkittavia valmisteita (rasvaton maitojauhe, jogurtti, laktoosi, juustohera, juusto, kirnumaitojauhe, kerma, voirasva) kahden viikon ajan. Tulosten mukaan (taulukko 11) rasvaton maito alensi kolesterolitasoa eniten. Howardin ja Marksin johtopäätös on, että kolesterolitasoa alentava tekijä maidossa saattaa olla rasvapallosmembraanissa, koska ainoastaan voi nostaa seerumin kolesterolitasoa. Tätä päätelmää tukee myös kirnumaidon koles
terolia vähentävä vaikutus.
Taulukko 11. Kahden viikon maitovalmistedieetin vaikutus seeru- mikolesterolitasoon /Howard ja Marks, 1979/.
Valmiste*) Määrä/
päivä
Rasva (g/päivä)
Henkilö- määrä/
ryhmä
Prosenttimuutos kolesteroli
tasossa
Rasvattoman maidon jauhe 224 g 3 10 - 9,7 (p < 0,01) Rasvattoman maidon jauhe 112 g 1,5 10 - 3,2
Jogurtti 2 dm3 1,8 10 - 5,5 (P < 0,05)
Laktoosi 112 g 0 10 - 2,3
Laktoosi (+ Ca ja Mg) 112 g 0 6 - 3,5 Leicestershire-juustohera 2 dm3 0 8 0 Leicestershire-juusto 220 g 80. 11 + 0,6
Kimumaito ( sumutuskuiv. ) 35 g 3 11 - 6,4 (P < 0,01)
Kerma 160 g 80 11 + 3,5
Voirasva 80 g 80 11 + 9,8 (P < 0,01)
jb \ ^ '
' Annetut määrät vastaavat 2,3 dm maitoa paitsi kirnumaidon osalta, jonka määrä vastaa fosfolipidisisältöä, mikä on 2,3 dm3:ssä maitoa.
Helsingin yliopiston maitotaloustieteen laitoksella tehdyt tut
kimukset tukevat Howardin ja Marksin tuloksia /Ali-Yrkkö, 1980/.
Tällöin tutkittavina valmisteina olivat kirnupiimä ja viljelty piimä, joita annettiin koehenkilöille ruokavalion osana viiden viikon ajan. Tulokset (taulukko 12) osoittivat, että kirnupiimä alentaa plasman kolesterolitasoa enemmän kuin rasvattomasta mai
dosta valmistettu viljelty piimä. Koska nämä maitovalmisteet poikkeavat toisistaan erityisesti rasvapallosmembraanimateriaa- lin määrän suhteen, jota kirnupiimä sisältää enemmän, on oletet
tu, että kolesterolitasoa alentava vaikutus kirnupiimässä johtuu membraanimateriaalista.
Taulukko 12. Happamesta kermasta valmistetun kirnupiimän ja viljellyn rasvattoman maidon piimän 5 viikon naut
timisen vaikutus plasman lipoproteiinikolesteroli- tasoihin /Äli-Yrkkö, 1980/.
Valmiste Parametri Lähtöarvo mmol/dm^
Prosenttimuutos 2 vk 5 vk
Kirnupiimä K. 5,34 - 10,9** - 9,4
Viljelty piimä K. 5,11 - 2,8 - 1,4
Kirnupiimä H.D.L.-K. • 1,41 - 10,6*** - 8,5 Viljelty piimä H.D.L.-K. 1,53 - 11,2* - 5,9
Kirnupiimä L.D.L.-K. 3,40 - 8,5 - 12,1
Viljelty piimä L.D.L.-K. 3,02 + 4,6 + 4,6 Kirnupiimä V.L.D.L.-K. 0,53 - 28,3** + 3,9 Viljelty piimä V.L.D.L.-K. 0,56 - 19,6* - 19,6 Kirhupiimä H.D.L.-К./К. 0,27 - 1,5 - 2,2 Viljelty piimä H.D.L.-К./К. 0,30 - 8,3 - 4,4
3 3
1 mmol/dm = 38,7 mg / 0,1 dm K. = kolesteroli
H.D.L. = high density lipoprotein L. D.L. = low density lipoprotein
V.L.D.L. = very low density lipoprotein N =9 molemmissa ryhmissä
* = P < 0,10
** = P < 0,05
* * *
= P < 0,01 ft II II
