Molkenproteinpulver, auch als WPC (Whey Protein Concentrate) bekannt, wird seit Langem in der Sportlerernährung eingesetzt und gewinnt auch als Nahrungsergänzungsmittel zunehmend an Bedeutung. Molkenproteine werden vom Körper schnell resorbiert und stehen dem Muskel bereits nach kurzer Zeit zur Verfügung.
Ursprünglich war Molke ein wertloses Nebenprodukt und wurde häufig ungenutzt vernichtet. Das hat sich verändert, seit man erkannt hat, dass sich daraus marktfähige Produkte entwickeln lassen. Denn in Molke stecken noch viele wertvolle Inhaltsstoffe. Das Abfallprodukt der Käseherstellung enthält ungefähr 15 % Protein, 10 % Mineralstoffe wie Calcium und Phosphat, Enzyme sowie die Aminosäuren Cystein und Tryptophan. Cystein gilt als Radikalenfänger, Tryptophan kurbelt die Bildung des „Glückshormons“ Serotonin an.
Molkenproteinpulver entsteht durch verschiedene Konzentrations- und Filtrationsschritte. Zu einem pulverförmigen Endprodukt gelangt man häufig durch einen Trocknungsprozess im Sprühturm. Jedoch sind diese Pulver meist schwer löslich und eignen sich ohne eine weitere Aufbereitung nicht als instantlösliches Getränkeprodukt. Auch bei der Verwendung in Gesundheitsprodukten ist eine verbesserte Dosierbarkeit der Pulver ein großer Vorteil.
Definierte Partikeleigenschaften
Gerade die Löslichkeit der Proteinpulver lässt sich durch effektive Wirbelschichtverfahren gezielt beeinflussen. Dies geschieht entweder schon direkt bei der Trocknung der flüssigen Phase durch einen sogenannten Sprühgranulationsprozess in einer dafür konzipierten Wirbelschichtanlage oder durch anschließende Prozesse wie Agglomeration mit gleichzeitiger Lecithinierung des Pulvers. Mit den verschiedenen Prozessen, die einzeln oder in Kombination durchgeführt werden können, lassen sich sehr gezielt Partikelgröße und -eigenschaften definieren. Es entstehen Granulate oder Agglomerate, die zahlreiche Vorteile bieten. Beispielsweise sind sie schneller löslich, lassen sich genauer dosieren, haben ein verbessertes Absinkverhalten und sind mischungs- und lagerstabil sowie staubarm.
Das passiert in der Wirbelschicht
Eine Wirbelschicht bildet sich aus, wenn Pulver oder Granulate von einem Luft- oder Gasstrom mit einer bestimmten Luftgeschwindigkeit durchströmt werden. Die Produktschicht gerät dabei in intensive Bewegung und verhält sich wie eine Flüssigkeit. Die gesamte Partikeloberfläche ist rundum zugänglich, sowohl für Trocknungsluft als auch für aufgesprühte Flüssigkeiten, Emulsionen oder Suspensionen. Durch eine geeignete Prozessführung lassen sich poröse Agglomerate mit Himbeerstruktur oder kompaktere Zwiebelschalengranulate mit genau definierten Eigenschaften herstellen. Die Prozesse gehen oft ineinander über und sind zum Teil miteinander kombinierbar, um bestimmte Funktionalitäten zu erreichen.
Wirbelschichtverfahren können als kontinuierlicher oder als Batch-Prozess durchgeführt werden. Beide Betriebsarten haben Vorteile, abhängig von Produktionsvolumen, Platzverhältnissen, Installationsmöglichkeiten sowie von Zielvorgaben wie Produktionszeit oder -kosten.
Ein kontinuierliches System besteht aus einer Anlage mit mehreren einzelnen Zu- und Abluftkammern, sodass sich die Prozessparameter individuell für jede Zone einstellen lassen. Alle Verfahrensschritte laufen vollautomatisch und ohne manuelles Eingreifen ab. Da die Produktmenge unbegrenzt ist, eignet sich das kontinuierliche Verfahren insbesondere für die Mengenproduktion.
Batch-Systeme werden häufig zur Verarbeitung begrenzter Produktionsmengen mit
einer Vielzahl verschiedener Rezepturen eingesetzt. Alle Prozessschritte laufen nacheinander in einem Behälter mit vorgegebenem Volumen ab. Die Menge des zu verarbeitenden Produktes bestimmt dabei, wie groß der Behälter und damit die ganze Anlage ausgelegt wird. Laboranlagen beginnen schon bei 100 g minimaler Einsatzmenge. Die Produktionsanlagen können ein Fassungsvermögen von über 1500 l annehmen.
Agglomeration und Verkapselung
Bei der Agglomeration werden Partikel mit Wasser oder einer Binderflüssigkeit besprüht und zu gleichmäßigen Feststoffpartikeln mit bestimmter Größe und gewünschten Eigenschaften aufgebaut. Aus Produktformulierungen mit verschiedenen Rezepturkomponenten entstehen homogene Compound-Partikel. Diese ermöglichen es aufgrund ihrer sehr porösen Struktur, dass die Flüssigkeit gut untersinkt und eindringt. Anschließend zerspringen sie wieder in Primärpartikel. Alle Inhaltsstoffe werden definiert miteinander verbunden und bleiben mischungsstabil. Bei schwer löslichen Instantprodukten wie Molkenprotein oder verschiedenen Sportlergetränken auf Molkenbasis lässt sich gleichzeitig ein geringer Anteil Lecithin als Emulgator aufbringen. So wird die Benetzbarkeit des fertigen Instantgetränkes zusätzlich erhöht.
Über denselben Prozess ist es sogar möglich, weitere funktionale Komponenten wie beispielsweise Vitamine oder Antioxidantien in das Produkt einzubinden.
Wirbelschichtverfahren eignen sich also sehr gut zur Entwicklung von Spezialprodukten auf Molkebasis, aber auch zur Veredelung verschiedener pflanzlicher Proteinprodukte, z. B. auf Erbsen-, Ackerbohnen-oder Sonnenblumenbasis. Bei einem Agglomerationsprozess lässt sich die Partikelstruktur verbessern und das Produkt gleichzeitig mit funktionellen Zusatzkomponenten versehen. Damit ergeben sich völlig neue Perspektiven für die Vermarktung.
Prozesse skalieren
Das Unternehmen Amandus Kahl Fluid Bed Solutions, vormals Neuhaus Neotec Partikeltechnologie, ist auf Wirbelschichtverfahren spezialisiert. In einem modern ausgestatteten Technikum können Prozesse sowohl kontinuierlich als auch chargenweise durchgeführt und auf Produktionsniveau skaliert werden. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Produkte zum Testen veränderter Rezepturen entwickeln.
Amandus Kahl GmbH & Co. KG, Reinbek
Autor Henning Falck
Standortleiter Fluid Bed
Solutions,
Amandus Kahl
