The Importance of Serum Protein Isolates Produced from Whey and Use Possibilities F. Yangılar Department of Nutrition and Dietetics, Erzincan Binali Yıldırım University, Erzincan, Turkey Abstract Whey is a good by-product for its implementation in the great diversity of products in food production (bakery, desserts, confectionery coatings, chocolate bars, beverage powders and soups). Besides, whey proteins are the best quality proteins available. Moreover, they have high protein efficiency ratio, which provides an excellent resource of essential amino acids in diet. These proteins can be used in the production of many functional foods because of the bioactive effects. The developments within food technology are provided the production of valuable products which contains bio-coherent compounds such as proteins and peptides based on whey. Also, these innovations have enabled to produce whey protein concentrates, whey powder, reduced minerals and lactose whey powder, whey protein isolated from whey in last years. Especially, the usage of whey protein isolates in dairy, meat, bakery, chocolate and confectionery industries are significant because of their functional impact on texture and aroma profiles. Although there are many usage areas of whey and has valuable isolates, the huge amounts of these by- products have been discharging directly to the river ecosystem for years. This review will be very useful in terms of identifying both the occurring serious problems of whey on environmental pollution and show the alternative usage of this by-product which came from dairy plants. Thus, the healthy and safe foods will be obtained with by producing high-nutrient products from whey, which is regarded as a waste. Keywords: Whey, functional foods, bio-coherent compounds, processing technologies. 1. GİRİŞ Kazein içeriğinin çöktürülmesi ile elde edilen sütün sıvı kısmına “süt serumu” denilmesine rağmen daha çok peynir üretimi sırasında ortaya çıkan bir “süt yan ürünü” olarak tanımlanmaktadır (Ensminger et al., 1995). Literatürlerde ingilizce olarak “whey”, dilimizde ise “süt serumu” veya “peyniraltı suyu” (PAS) olarak kullanılmaktadır (Velioğlu Öğünç, 2011). Türk Gıda Kodeksi peynir tebliğine göre ise peyniraltı suyu; pıhtı kesimi sonrasında pıhtıdan ayrılan ve teleme dışında kalan “sıvı yan ürünü” olarak tanımlanmaktadır (Anonim, 2018a). Türkiye İstatistik Kurumu (TUİK) 2010 yılı verilerine göre ülkemizde çiğ süt üretimi 13.544.000 tondur. Yılda üretilen çiğ sütün %20 'sinin peynire işlendiği düşünüldüğünde yaklaşık 2.709.000 ton sütün peynir yapımında kullanıldığı ve 2.302.000 ton civarında da PAS açığa çıktığı bildirilmektedir (Dinçoğlu ve Ardıç, 2012). Yani özetlemek gerekirse peynire işlenen sütün yaklaşık %80’i PAS olarak ayrılmakta ve yılda 2.68 milyon ton olarak ortaya çıkmaktadır (Güzeler ve ark., 2017). Sütçülük atığı olan bu ürünün bir bölümü lor peyniri üretiminde, bir kısmı PAS tozu üretiminde değerlendirilirken önemli bir bölümü ise kanalizasyona dökülmektedir (Türkmen ve ark., 2017). Suların organik kirlilik derecesinin belirlemede kullanılan kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve biyolojik oksijen ihtiyacı (BOİ) gibi parametreler değerlendirildiğinde, aslında PAS organik içeriği çok yüksek olan peynir endüstrisinin problematik bir atığı olarak karşımıza çıkmaktadır. Endüstriyel atık olarak alıcı ortamlara deşarj edildiğinde önemli çevre problemlerine yol açmaktadır (Ghaly et al., 2000). İçerdiği yüksek biyolojik ve kimyasal oksijen ihtiyacı karıştığı su ortamında hızlı bir şekilde çözünmüş oksijenin bakteriler tarafından kullanılmasına ve bunun sonucunda da kötü kokuya ve ötrofikasyona neden olmaktadır. Çoğu peynir işletmelerinin ekonomik olarak değerlendirebilecek veya arıtabilecek yeterince tesise sahip olmadığı düşünüldüğünde bu atık çevreye boşaltılarak önemli bir kirliliğe neden olmaktadır (Alpkent ve Göncü, 2003). Dünyamızın sahip olduğu kaynakların tüketilmesi üzerinde birçok faktör etkilidir ve bu durum insanlığı bir yandan büyük korkular içerisine sürüklerken bir yandan da ümitler içerisinde yeni arayışlara 184 yönlendirmektedir. Özellikle tüm dünyayı etkileyen beslenme alışkanlıklarının sağlık sorunlarına yol açtığını kanıtlayan birçok çalışmalar bu arayışın bir dalını oluşturan fonksiyonel gıda üretimi eğilimine bizleri zorlamaktadır. Gelişmiş birçok ülke bu durumun farkında olmasından dolayı yüksek besin değerine ve fonksiyonel özelliklere sahip olan peyniraltı suyunu ithal etmeye ve bu atıktan çok değerli ürünler imal etmeye çalışmaktadır. PAS’ı en fazla ithal eden ülkeler; Hollanda, ABD, Çin ve en fazla ihraç eden ülkeler ise Almanya, Fransa ve Yeni Zelanda olarak karşımıza çıkmaktadır (Sarısaçlı, 2008; Yener, 2017). Peynir altı suyunda %0,5-1 gibi düşük miktarlarda protein bulunmasına karşın bunların α-laktoalbumin, ß- laktoglobulin, serum albümin ve globülinlerden oluşması onu değerli bir ürün haline getirmektedir (Demirci ve Arıcı, 1989; Güzeler ve ark., 2017). Süt kuru maddesinin yaklaşık yarısını bünyesinde barındıran bir ürünü atık diye nitelendirmek ve bunu değerlendirme yoluna gitmeden dökmek büyük bir sorumsuzluk örneğidir. Son yıllarda teknolojinin gelişmesi ile peynir altı suyundan; konsantre peyniraltı suyu, peyniraltı suyu tozu, serum protein konsantresi, serum protein izolatı ve laktoz gibi besinsel içeriği zengin gıdalar hazırlanmaktadır. Ayrıca bu ürünler gıda, tıp, biyogaz üretimi, eczacılık, kozmetik gibi farklı birçok alanlarda da kullanılmaktadır. Özellikle gıda alanında oldukça yaygın kullanılan peyniraltı suyu ürünleri, gıdaların tekstürel özeliklerini geliştirmek ve biyolojik aktiviteye sahip olan peptid fraksiyonlarının üretilmesinde de başarılı bir şekilde değerlendirilmektedir (Lagrange et al., 2015). Tablo 1’de peynir altı suyu bileşimi verilmiştir (Dinçoğlu ve Ardıç, 2012). Sahip olduğu bileşenler; laktoz, serum proteinleri, mineral maddeler ve biraz da süt yağından oluşmaktadır (Karagözlü ve Bayarer, 2004; Gürsel, 2015; Türkmen ve ark., 2017). Albümin, laktoferrin, laktoperoksidaz gibi minör bileşenler de içermektedir (Pal and Radavelli-Bagatini, 2013). Peyniraltı sularının besin öğeleri üretilen peynir çeşidine ve üretim teknolojisine bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. PAS özellikle besinsel, biyolojik ve gıda katkı maddesi olarak eşsiz özellikleri içeren bir protein karışımına sahiptir (Doultani et al., 2004; Chandrapala et al., 2011). Peyniraltı suyu proteinlerinin bileşimi Tablo 2’de verilmiştir (De Witt, 1998; Karagözlü ve Bayarer, 2004). Kazein, süt proteinlerinin %80 gibi oldukça büyük bir bölümünü oluştururken peyniraltı suyu proteinleri ise yaklaşık %20’lik bölümünü oluşturmaktadır (Bylund, 2003; Fox ve Kelly, 2004; Özcan ve Delikanlı, 2011; Güzeler ve ark., 2017). Konsantre edilmiş PAS protein formlarında ise serum proteinlerinin oranı yüksek iken laktoz ve yağ gibi bileşenlerin oranları daha da düşüktür (Pal and Radavelli-Bagatini, 2013). Tablo 1. Peyniraltı suyunun bişelimi (g/L) Bileşenler Tatlı Peynir Altı Suyu Ekşi Peynir Altı Suyu Toplam Kuru Madde 63,0-70,0 63,0-70,0 Laktoz 46,0-52,0 44,0-46,0 Protein 6,0-10,0 6,0 -8,0 Yağ 3,0-3,5 2,0- 2,5 Kalsiyum 0,4-0,6 1,2- 1,6 Fosfat 1,0-3,0 2,0- 4,5 Laktat 2,0 6,4 Klorür 1,1 1,1 185 Tablo 2. Peyniraltı suyu proteinlerinin bileşimi Protein Konsantrasyon (g/l süt) β – Laktoglobulin 3,2 α - Laktalbumin 1,2 Imminoglobulin 0,8 Serum Albumin 0,4 Laktoferrin 0,2 Laktoperoksidaz 0,03 Proteaz – pepton ≥ 1 2. SERUM PROTEİN İZOLATLARININ ÖNEMİ Serum proteinleri; spor sonrası fiziksel performansın geri kazanılması ve kas kaybının önlenmesinde (Ha and Zemel, 2003; Ohr, 2004; Tipton et al., 2004; Farnfield et al., 2005; Rankin and Darragh, 2006), tokluk hissi ve kilo kontrolünde (Ohr, 2004; Zemel, 2004; Tome, 2006), kardivasküler rahatsızlıkları önlemede (Ohr, 2004; Pins et al., 2006), kan basıncını düşürme ve hipertansiyonu önlemede (Pihlanto-Leppala et al., 2000; Lee et al., 2007; Gür ve ark., 2010), yaraların tedavilerinde (Regester et al., 2003; Smithers, 2004), enfeksiyonların kontrolünde (Baruchel, 1993; Playford et al., 1999; Regester & Belford, 1999), bebek mama formülasyonlarında (Heine et al., 1991; Chatterton, 2006), sağlıklı yaşlanmada (Smilowitz et al., 2005) ve antikanserojenik olarak (Bounous et al., 1991; McIntosh et al., 1995; Gill and Cross, 2000) birçok alanda besinsel ve fizyolojik çeşitli etkileri olan önemli bileşiklerdir (Smithers et al., 2008). Ayrıca, biyolojik değeri yüksek aminoasitleri (lösin, izolösin, valin ve sistein vb.) fazlaca içerdikleri için vücudumuzun ihtiyaç duyduğu enerjiye dönüştürülmeleri de oldukça kolaydır (Özen ve Kılıç, 2007). Bununla birlikte doku hücre dejenerasyonlarının giderilmesinde de önemli rolü olan, esansiyel amino asitlerden dallanmış zincirli amino asitlere kadar amino asitlerin tüm spektrumunu da içermektedirler (Anonim 2018b). Bazı proteinler mineral bağlama (Toba et al., 2000), opioid (Bitri, 2004) ve antijenlere karşı etkili olma (Dutta, 2002) gibi özelliklerinden kaynaklanan biyolojik aktiviteye sahiptirler. Bu özellikleri hücre içi ve hücre dışında oluşan enzimatik parçalanma reaksiyonları tarafından belirli protein dizilimi ile ortaya çıkan biyoaktif peptidlerden kaynaklanmaktadır (Korhonen et al., 1998; da Costa et al., 2007). Biyoaktif peptidler, kan dolaşımında emildikten sonra hedef doku ve organlarda veya bağırsak lümeninde özel reseptörlere bağlanarak etkili olmaktadırlar (Luhovyy et al., 2007). Sütte bulunan proteinler biyoaktif peptidler açısından hayvansal ve bitkisel proteinlere göre daha iyi bir kaynak olarak gösterilmektedir (Regester et al., 1996; Walzem