UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
ODDELEK ZA ŽIVILSTVO
Lucija OMLADIČ
RASTLINSKI NAPITKI KOT NADOMESTKI MLEKA
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana
Ljubljana, 2021
ODDELEK ZA ŽIVILSTVO
Lucija OMLADIČ
RASTLINSKI NAPITKI KOT NADOMESTKI MLEKA
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij – 1. stopnja Živilstvo in prehrana
PLANT-BASED MILK SUBSTITUTES
B. SC. THESIS
Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition
Ljubljana, 2021
Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Živilstvo in prehrana.
Komisija za študij 1. in 2. stopnje Oddelka za živilstvo je za mentorja diplomskega dela imenovala prof. dr. Blaža Cigića in za recenzentko doc. dr. Petro Terpinc.
Mentor: prof. dr. Blaž CIGIĆ
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo Recenzentka: doc. dr. Petra TERPINC
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo
Komisija za oceno in predstavitev:
Predsednik:
Mentor:
Recenzentka:
Datum zagovora:
Lucija Omladič
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
ŠD Du1
DK UDK 641.1:613.3:633(043)=163.6
KG rastlinski napitki, nadomestki mleka, vpliv na zdravje, procesne metode, biorazpoložljivost, bioaktivne komponente
AV OMLADIČ, Lucija
SA CIGIĆ, Blaž (mentor), TERPINC, Petra (recenzentka) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo LI 2021
IN RASTLINSKI NAPITKI KOT NADOMESTKI MLEKA
TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana) OP VII, 28 str., 2 pregl., 50 vir.
IJ sl JI sl/en
AI Kravje mleko je že dolgo del vsakodnevne človeške prehrane, saj je odličen vir beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov, vitaminov in mineralov. Vse več ljudi pa uživa rastlinske nadomestke mleka zaradi laktozne intolerance, načina prehranjevanja ali okoljevarstvenih razlogov. Pri izbiri napitka so pomembni izgled, aroma in okus, ki naj bi bili čim bolj podobni kravjemu mleku. Glede na izvorne surovine rastlinskih napitkov imajo ti pozitiven vpliv na zdravje zaradi prisotnosti fenolnih spojin in nenasičenih maščobnih kislin. Pomanjkljivost rastlinskih nadomestkov mleka je pogostokrat slabša biorazpoložljivost določenih mineralov.
Za izboljšanje kakovosti rastlinskih nadomestkov se v proizvodnji uporabljajo nove procesne metode, ki temeljijo na uporabi ultrazvoka, visokega tlaka, pulzirajočega električnega polja ali ohmskega segrevanja. Uporabljajo se za inaktivacijo mikroorganizmov in encimov ter za izboljšanje fizikalne stabilnosti izdelkov. Z novimi metodami so prišli do izboljšanih rastlinskih napitkov, ki se vedno bolj približujejo karakteristikam mleka. Še vedno pa obstajajo potrebe po izboljšavah tehnološke, prehranske in senzorične kakovosti na področju razvoja rastlinskih napitkov, ki se uporabljajo kot nadomestki mleka. Pri razvoju je potrebno upoštevati zahteve kupcev, ki želijo kakovosten, privlačen in cenovno dostopen izdelek.
KEY WORD DOCUMENTATION
ND Du1
DC UDC 641.1:613.3:633(043)=163.6
CX plant-based milk, health effects, process methods, bioavailability, bioactive components
AU OMLADIČ, Lucija
AA CIGIĆ, Blaž (supervisor), TERPINC, Petra (reviewer) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
PP University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Food Science and Technology
PY 2021
TI PLANT-BASED MILK SUBSTITUTES
DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition) NO VII, 28 p., 2 fig., 50 ref.
LA sl AL sl/en
AB Cow's milk has long been a part of the everyday human diet as an excellent source of protein, fat, carbohydrates, vitamins, and minerals. However, a growing number of people consume plant-based milk substitutes due to lactose intolerance, lifestyle choices, and environmental reasons. Decision-making comes down to the characteristics like visual appearance, aroma, and taste that emulates cow's milk.
Plant-based milk substitutes can have positive health effects since they include phenolic compounds and unsaturated fatty acids found in the source ingredients. The disadvantage is often the lower bioavailability of certain minerals. The quality increase is achievable by new processing methods like ultrasound, high pressure, pulsing electric fields, or ohmic heating. These methods not only inactivate microorganisms and enzymes but also increase the physical stability of products.
Changes in them are closing the gap between the characteristics of cow's milk and plant-based milk substitutes. There are still advancement needs in the technological, nutritional, and sensory qualities of these milk substitutes. Consumer needs like quality, attractiveness, and cost are of high importance.
KAZALO VSEBINE
Str.
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA III
KEY WORD DOCUMENTATION
KAZALO VSEBINE IV
V KAZALO PREGLEDNIC VII
1 UVOD ... 1
2 PREGLED OBJAV ... 2
2.1 OPREDELITEV RASTLINSKIH NAPITKOV ... 2
2.2 PRIPRAVA RASTLINSKIH NAPITKOV ... 2
2.2.1 Praženje ... 2
2.2.2 Luščenje ... 3
2.2.3 Namakanje v vodi ... 3
2.2.4 Blanširanje ... 3
2.2.5 Mokro mletje ... 3
2.2.6 Filtracija ... 4
2.2.7 Dodajanje sestavin ... 4
2.2.8 Izboljšave in obogatitve ... 4
2.2.9 Homogenizacija ... 5
2.2.10 Toplotna obdelava, pakiranje in shranjevanje ... 5
2.3 PRIMERJAVA HRANILNE VREDNOSTI RASTLINSKIH NAPITKOV S KRAVJIM MLEKOM ... 5
2.3.1 Mandljev napitek ... 6
2.3.2 Sojin napitek ... 7
2.3.3 Rižev napitek ... 8
2.3.4 Kokosov napitek ... 8
2.3.5 Energijska vrednost ... 9
2.3.6 Vsebnost maščob in beljakovin ... 11
2.3.7 Minerali ... 11
2.4 STRUKTURNE OSNOVE FIZIKALNO KEMIJSKIH LASTNOSTI RASTLINSKIH NAPITKOV ... 11
2.4.1 Vizualne lastnosti ... 12
2.4.1.1 Fizikalne osnove vizualnih lastnosti ... 12
2.4.1.2 Primeri izgleda rastlinskih napitkov ... 12
2.4.2 Teksturne lastnosti ... 13
2.4.2.1 Fizikalne osnove teksturnih lastnosti ... 13
2.4.3 Stabilnost ... 13
2.4.3.1 Fizikalna nestabilnost ... 14
2.4.3.2 Kemijska stabilnost ... 17
2.4.4 Senzorične lastnosti ... 17
2.5 NOVE PROCESNE METODE V INDUSTRIJI ... 18
2.6 ZDRAVSTVENI VIDIK UŽIVANJA RASTLINSKIH NAPITKOV ... 18
2.6.1 Pozitivni zdravstveni učinki ... 19
2.6.1.1 Bioaktivne spojine ... 19
2.6.1.2 Maščobnokislinska sestava ... 19
2.6.2 Negativni zdravstveni učinki ... 20
2.6.2.1 Pomanjkanje določenih hranil ... 20
2.6.2.2 Biorazpoložljivost ... 20
2.6.2.3 Vpliv na zdravje ustne votline ... 21
3 SKLEPI ... 23
4 VIRI ... 24 PRILOGE
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 1: Vsebnost hranilnih komponent v mandljevem, sojinem, riževem,
kokosovem napitku in kravjem mleku (USDA, 2021) ... 10 Preglednica 2: Pogoste strategije za izboljšanje stabilnosti s preprečevanjem združevanja delcev (McClements, 2020) ... 16
KAZALO PRILOG Priloga A: Živila iz baze USDA (USDA, 2021)
1 UVOD
Rastlinski napitki, ki nadomeščajo mleko, v zadnjem času privlačijo veliko pozornosti potrošnikov. Za izključitev mleka in mlečnih izdelkov iz svoje prehrane se odločajo iz različnih razlogov. Razlogi za spremembo načina prehranjevanja so zdravstveni, etični ali okoljevarstveni. Posledično se tudi na trgu pojavlja vedno več različic rastlinskih nadomestkov mleka, kot so ovseni, riževi, mandljevi, kokosovi in sojini napitki.
Mleko velja za idealno živilo, saj z uživanjem le-tega zadostimo potrebe po skoraj vseh pomembnih hranilih. Je dober vir praktično vseh makrohranil in mikrohranil (vitamini in minerali). Težava se pojavi, ker imajo določeni posamezniki alergijo na proteine v kravjem mleku, prav tako pri določenem deležu populacije težavo predstavlja mlečni sladkor laktoza, ki pri ljudeh z laktozno intoleranco lahko povzroči prebavne motnje ali druge težave. S tem razlogom industrija rastlinskih nadomestkov mleka izboljšuje svoje izdelke, da bi jih senzorično in kakovostno čim bolj približala kravjemu mleku in s tem prepričala potrošnike.
Za spremembo vizualnih, teksturnih, senzoričnih lastnosti in izboljšanje stabilnosti je potrebno dobro razumevanje narave polimerov in delcev, prisotnih v napitkih ter njihovih medsebojnih interakcij. Če želijo proizvajalci na trgu konkurirati kravjemu mleku, je prav tako nujno poznavanje zunanjih dejavnikov, ki vplivajo na lastnosti in kakovost izdelkov. Z razumevanjem teh kompleksnih raztopin se razvijajo nove procesne metode, s katerimi se izboljša fizikalna stabilnost in zmanjša potreba po uporabi aditivov.
Poleg tehnologij, ki jih osvajamo pri izdelavi napitkov, se razvija tudi znanje o sestavi teh izdelkov in njihovih vplivov na človekovo zdravje in zadostitev njegovih potreb. Namen diplomskega dela je ugotoviti, ali lahko z uživanjem rastlinskih napitkov zagotovimo primerljiv vnos hranil kot z mlekom. Raziskava je namenjena tudi ugotavljanju uporabe tehnoloških postopkov, s katerimi se senzorično, kakovostno in po hranilni sestavi z rastlinskimi napitki mleku čim bolj približamo.
2 PREGLED OBJAV
2.1 OPREDELITEV RASTLINSKIH NAPITKOV
Rastlinski napitki, ki nadomeščajo uporabo mleka, so tekočine, ki nastanejo z zmanjšanjem velikosti delcev rastlinskega materiala, torej žit, psevdožit, oljnic, semen stročnic in oreščkov. Ti so ekstrahirani v vodi in nadalje homogenizirani. Homogenizacija takšne tekočine povzroči enakomerno porazdelitev velikosti delcev med 5 in 20 µm. Rezultat je po videzu in konsistenci mleku podobna tekočina (Sethi in sod., 2016).
Do sedaj v strokovni literaturi še ni definicije, ki bi natančno opredelila rastlinske nadomestke mleka. Obstaja splošna klasifikacija, ki rastlinske napitke deli v pet kategorij.
Prva kategorija so napitki na osnovi žit, torej ovseni, riževi, koruzni in pirini napitki. Druga predstavlja napitke na osnovi stročnic, kamor sodijo sojini napitki, napitki iz arašidov in volčjega boba. Sledi kategorija napitkov iz oreščkov, v katero spadajo mandljevi, kokosovi napitki, napitki iz lešnikov, pistacij in orehov. Četrta kategorija so napitki iz semen. V to kategorijo uvrščamo sezamov, lanen, konopljin napitek in napitek iz sončničnih semen.
Zadnja kategorija pa so napitki na osnovi psevdožit, torej napitek iz kvinoje, etiopskega prosa in amaranta (Sethi in sod., 2016).
2.2 PRIPRAVA RASTLINSKIH NAPITKOV
V proizvodnji mlečnih nadomestkov obstaja več različnih metod z nekaterimi skupnimi koraki. Proizvodnja se začne s surovim materialom, ki je lahko dobavljen z lupino ali brez.
V primeru surovega materiala z lupino, kot so na primer kokos, arašidi, soja, orehi ali indijski oreščki, je prvi korak proizvodnje namakanje v vroči vodi in nato luščenje. Oluščen surov material je potrebno nato posušiti. Če je surov material dobavljen v že sušeni obliki, kot so mandlji in arašidi, je prvi korak proizvodnje praženje ali suho mletje. Sušenje je potrebno tudi pri dobavljenem oluščenem surovem materialu. Sledi mletje brez dodatka vode (Aydar in sod., 2020).
2.2.1 Praženje
Praženje se uporablja pri arašidih, mandljih, lešnikih, sezamu in žitih. Zaaboul in sod. (2019) so v raziskavi ugotovili, da se s praženjem arašidov izboljša topnost beljakovin ter stabilnost emulzij. Spremembe lastnosti proteinov so direktno povezane s spremembo konformacije proteinov. Pri mlečnih nadomestkih iz mandljev se proces začne s toplotno obdelavo, saj se s tem zmanjša koncentracija benzaldehida in pirazina pod 0,5 ppm, ki dajeta aromo po praženih mandljih, ohrani pa se naraven okus (Aydar in sod., 2020).
2.2.2 Luščenje
Luščenje z uporabo kislin ali baz se uporablja pri sezamu, orehih, tigrovih oreščkih in brazilskih oreščkih. Poleg uporabe kislin ali baz se lahko za luščenje uporablja tudi voda. V tem primeru se procesni čas podaljša. Na primer luščenje kožice orehov in mandljev z namakanjem v vodi poteka čez noč, med 18 in 20 h, v primerjavi z dodatkom 2 % citronske kisline, pri 90 °C so lahko orehi oluščeni v 1 do 2 min. Čas luščenja pa je odvisen od vrste surovega materiala. Tigrove oreščke se lahko lupi tako, da se jih namoči v raztopino citronske kisline za 24 h. Raztopine baz, na primer 1 % - 2 % raztopina natrijevega hidroksida, se uporabljajo tudi za luščenje orehov. Po obdelavi je potrebno izdelek dobro očistiti in odstraniti ostanke kisline ali baze. Pri proizvodnji rastlinskega nadomestka mleka iz orehov, po 10 min namakanja v 10 % (w/w) raztopini natrijevega hidroksida pri 90 °C, le- te speremo, da vrednost pH raztopine doseže vrednost 7,2. Luščenje ima dodatne prednosti odstranitve neželenih snovi iz lupine. S tem se reši tudi problem grenkobe končnega izdelka.
Na primer, oksalna kislina v lupini sezama zmanjšuje biološko dostopnost nekaterih mineralov, lahko pa se jo odstrani z dekortizacijo (lupljenjem) semen (Aydar in sod., 2020).
2.2.3 Namakanje v vodi
Namakanje v vodi se uporablja za sojo, lešnike, mandlje, tigrove oreščke, žitna zrna, sezamova semena in arašide. Pri tem koraku se doseže nabrekanje in mehčanje žit in oreškov.
Padma in sod. (2018) navajajo, da namakanje v vodi omogoča, da se riževo jedrce zmehča.
S tem se skrajša čas blanširanja. Po namakanju je prisotne manj amiloze, toksini pa se sprostijo v vodo. Pri namakanju tigrovih oreščkov pride do povečane ekstrakcije in izkoristka surovine za proizvodnjo rastlinskega napitka. Kadar namakamo sezamova semena, sojo in arašide, lahko vodni raztopini dodamo alkalni medij. Ugotovljeno je bilo, da NaHCO3 zmanjša neprijeten okus in poveča stabilnost nadomestka mleka iz sezama (Aydar in sod., 2020).
2.2.4 Blanširanje
V literaturi so predstavljene raziskave o vplivu blanširanja soje, mandljev, kokosa, sezama, riža in kvinoje na lastnosti rastlinskih napitkov. Blanširanje ima mnogo prednosti, pride tudi do inaktivacije lipoksigenaz, ki povzročajo nastanek nezaželene arome pri sojinih napitkih.
Blanširanje zmanjša začetno vrednost mikrobne obremenitve in inaktivira lipaze. Alternativa blanširanju je uporaba pare, ki se uporablja za izboljšanje vsebnosti skupnih trdnih snovi in beljakovin, v primerjavi z namakanjem in kuhanjem. Med kuhanjem riža se lahko vodi doda alfa-amilaza, kar skrajša čas kuhanja (Aydar in sod., 2020).
2.2.5 Mokro mletje
Mokro mletje se pri proizvodnji rastlinskih napitkov uporablja predvsem pri tigrovih oreščkih, soji, kokosu, indijskih oreščkih, konopljinih semenih, kitajskem fižolu, mandljih, orehih in arašidih. Pri procesu mokrega mletja se vodi doda surovino, nato pa se začne
mletje. Na končni izdelek vplivajo različni dejavniki, kot so količina dodane vode, temperatura mletja, pH, tip mletja in hitrost dovajanja surovine (Aydar in sod., 2020). Z dodatkom vode, v razmerju teže vode in kokosovega mesa 4:4, je ekstrakcija večja, kot v primeru brez dodane vode (razmerje 0:4). Temperatura dodane vode na ekstrakcijo nima vpliva (Cancel in sod., 1971). Količina dodane vode neposredno vpliva tudi na sestavo končnega izdelka (Aydar in sod., 2020). Voda ima pri mokrem mletju vlogo hlajenja in podmazovanja kontaktnega območja (Tawakoli in sod., 2006).
2.2.6 Filtracija
Namen filtracije je ločevanje pogače od tekočega dela mlete surovine. Za filtracijo se uporabljajo različni filtrirni materiali, kot je dvoslojna bombažna tkanina, krpa iz muslina (25 µm) in filtrirni papir različnih velikosti. Uporablja se lahko tudi ultrafiltracija za proizvodnjo lešnikovega, sezamovega in koruznega nadomestka mleka (Aydar in sod., 2020).
2.2.7 Dodajanje sestavin
Industrijski dodatek lecitina iz sončnic in različnih gumijev (hidrokoloidi) izboljša fizikalno stabilnost izdelka. Dodatek askorbinske kisline je namenjen preprečevanju oksidacije.
Dodajanje antioksidantov in konzervansov v sojine nadomestke mleka se priporoča po filtraciji. Pogosto se za stabilizacijo uporablja ksantan gumi (0,05 g/100 mL), ki se ga doda pred toplotno obdelavo, da se nadomestek mleka zgosti. S tem se poveča koloidna stabilnost izdelka. Ksantan gumi se v mlečnih alternativah iz riža uporablja za zaviranje nastanka oborin zaradi prisotnih delcev. Stabilizatorjev se ne dodaja le po procesu mletja, ampak tudi med mletjem. Tak primer je dodajanje lecitina (0,03 % w/w) pri mandljevem nadomestku mleka. Za zaustavitev želiranja se med toplotno obdelavo lahko doda 0,05 % alfa-amilaze, ki delno hidrolizira škrob v granulah (Aydar in sod., 2020).
Dodajanje sladil, npr. sladkornega trsa, morske soli, vanilije ali kakava, pripomore k izboljšanju okusa izdelka. Za izboljšanje svilnate teksture kvinojinega nadomestka mleka se dodaja sončnično ali oljčno olje (Aydar in sod., 2020).
2.2.8 Izboljšave in obogatitve
Za kupce je pri izbiri izdelka zelo pomembna vsebnost beljakovin, vitaminov in mineralov, še posebej pri rastlinskih nadomestkih kravjega mleka. Da se med procesom ohrani čim več beljakovin, je potrebno povečati količino uporabljenih semen. Med proizvodnjo se različne surovine zmešajo, s čimer se poveča skupna količina beljakovin, prav tako pa se izboljšajo senzorične lastnosti izdelka. Druga rešitev za povečanje vsebnosti beljakovin je uporaba surovin z naravno večjo vsebnostjo beljakovin, kot je na primer leča iz skupine stročnic. Ta ima podobne senzorične lastnosti kot sojin napitek (Aydar in sod., 2020).
Vitamini A, B1, B2, B12, D2 in E se dodajajo za povečano vsebnost vitaminov, uporaba kalcijevega tricitrata pa poveča vsebnost kalcija v končnem izdelku (Aydar in sod., 2020).
2.2.9 Homogenizacija
Za izboljšanje fizikalne stabilnosti končnega izdelka se uporablja homogenizacija pri visokem tlaku. Velja, da višji homogenizacijski tlak poveča stabilnost, bistrost in indeks beline rastlinskega nadomestka mleka. Homogenizacija pa ne vpliva na viskoznost in stabilnost proteinov. Poleg tega, da se pri procesiranju z visokim tlakom zmanjša velikost delcev, se poveča tudi izkoristek ekstrakcij, če postopek večkrat ponovimo, vendar pride zaradi homogenizacijskega tlaka do povišanja temperature. Temperatura izdelka se lahko med homogenizacijo pri povišanem tlaku zviša med 5 in 10 °C (Aydar in sod., 2020).
2.2.10 Toplotna obdelava, pakiranje in shranjevanje
Namen toplotne obdelave je podaljšanje roka trajanja in ohranitev boljše kakovosti izdelka.
Za toplotno obdelavo se lahko uporabljajo pasterizacija, sterilizacija ali UHT (ultra high temperature) metoda. Pasterizacija poteka pri temperaturah, ki so nižje od 100 °C, sterilizacija pa pri 121 °C, 15 do 20 min. Pri UHT metodi postopek traja nekaj sekund med 135 in 150 °C (Sethi in sod., 2016). Čeprav še ni bilo narejenih zadosti raziskav, sklepajo, da bi lahko uporaba mikrofiltracije, ki je netermična metoda, nadomestila sterilizacijo. Tako se odstranijo mikroorganizmi in podaljša rok uporabnosti (Aydar in sod., 2020). Pri vseh naštetih načinih toplotne obdelave je potrebno aseptično pakiranje za zagotavljanje in ohranjanje sterilnosti. Izdelki, ki so bili toplotno obdelani s postopkom pasterizacije, se shranjujejo v hladnem okolju pri 4 °C, medtem ko so izdelki po sterilizaciji ali UHT metodi stabilni pri sobni temperaturi nekaj tednov (Sethi in sod., 2016).
2.3 PRIMERJAVA HRANILNE VREDNOSTI RASTLINSKIH NAPITKOV S KRAVJIM MLEKOM
Kravje mleko že več stoletij ljudje uživajo po vsem svetu, saj predstavlja zelo pomemben vir beljakovin. Mleko pa ni le dober vir beljakovin, ampak je zelo pomemben del uravnotežene prehrane. Z uživanjem mleka dobimo tudi druge pomembne hranilne komponente, kot so maščobe in ogljikovi hidrati (Vanga in Raghavan, 2018). Tako kot so se v evolucijskem procesu spreminjale potrebe potomcev, se je izpopolnjevala tudi sestava mleka sesalcev. Kravje mleko zagotavlja širok spekter imunsko aktivnih beljakovin, ki imajo protibakterijsko vlogo v mleku (Hettinga in sod., 2011). Pri dojenčkih so opazili, da je uživanje surovega kravjega mleka zmanjšalo verjetnost za pojav povišane telesne temperature ali respiratornih okužb (Vanga in Raghavan, 2018).
Čeprav ima uživanje kravjega mleka veliko pozitivnih učinkov, je tudi nekaj tveganj.
Največje tveganje predstavljajo možni prisotni patogenci, kot so na primer Salmonella spp.
in Escherichia coli, ki povzročata množična obolenja po svetu (Oliver in sod., 2009). Prav tako so beljakovine kravjega mleka pogost alergen pri dojenčkih in otrocih. Vendar pa alergija pri 35 % otrok izzveni med 5-6 letom starosti, do 16. leta pa je delež teh otrok 80 % (Vanga in Raghavan, 2018).
Drugi pogost problem uživanja živalskega mleka je laktozna intoleranca. Pri ljudeh sta vir laktoze humano in živalsko mleko. Pri laktozni intoleranci gre za genetsko pomanjkanje encima laktaze v prebavnem traktu, s čimer se sooča kar 15-75 % odraslih. V nekaj raziskavah so ocenili, da ima do 80 % Afriškega prebivalstva in do 100 % Azijskega prebivalstva ter ameriških Indijancev pomanjkanje tega encima. Pogosti simptomi uživanja laktoze pri laktozni intoleranci so napihnjenost, trebušne bolečine, vetrovi in diareja (Swagerty in sod., 2002). Ne glede na težave, povezane z laktozno intoleranco, je mleko še vedno pogosto vključeno v prehrano, prav zaradi svoje bogate hranilne sestave. Je edini vir energije za novorojenčke pri različnih vrstah sesalcev. Humano mleko je idealno živilo za otroke do 1. leta, kadar pa ni na voljo, ga zaradi dostopnosti in podobnosti v hranilni sestavi nadomestimo s kravjim mlekom (Vanga in Raghavan, 2018).
Najpomembnejša dejavnika zavračanja kravjega mleka sta visoka vsebnost holesterola ter razširjenost veganske prehrane zaradi skrbi za okolje (Van Winckel in sod., 2011). Rastlinski napitki, ki nadomeščajo mleko, so torej sojini, ovseni, mandljevi, riževi, kokosovi napitki in napitki iz indijskih oreščkov. Manj pogoste surovine pa so konoplja, lešniki, makadamija in lan. Komercialni ponudniki so na trg uspešno postavili tudi napitke, ki so proizvedeni iz več surovin hkrati (Vanga in Raghavan, 2018).
Medtem ko priljubljenost kravjega mleka pada, se povečuje uživanje rastlinskih napitkov.
Vseeno pa so raziskave na temo rastlinskih napitkov redke, z izjemo soje in sojinih napitkov, ki so del svetovne prehrane že stoletja. Še vedno je veliko vprašanj, ki se nanašajo na prednosti rastlinskih nadomestkov mleka (Vanga in Raghavan, 2018). Pogosta je debata na temo poimenovanja teh izdelkov, saj je definicija mleka "bela tekočina, ki se izloča pri samicah sesalcev določen čas po porodu kot hrana za mladiče" (Slovar slovenskega knjižnega jezika, 2014). Glede na to definicijo teh izdelkov ne moremo imenovati "rastlinska mleka", čeprav je njihova uporaba zelo podobna. Na vprašanja glede vsebnosti hranil in zdravstvenih prednosti v primerjavi z mlekom, pa je možno odgovoriti le z obsežnimi raziskavami (Sethi in sod., 2016).
2.3.1 Mandljev napitek
Mandljevi napitki so v uporabi že nekaj časa zaradi svoje arome in okusa, zadnja leta pa so postali med najbolj popularnimi nadomestki mleka na trgih Severne Amerike, EU in Avstralije. Najprej je bil izdelek namenjen kot nadomestek mleka za otroke in odrasle, ki se soočajo z laktozno intoleranco ali z alergijo na mleko. Napitek je bogat z esencialnimi in neesencialnimi hranili, kot je alfa-tokoferol, esencialne maščobne kisline, prehranske vlaknine in širok spekter drugih fitokemikalij (Dhakal in sod., 2014). V nekaterih primerih
so ugotovili, da je bil mandljev napitek celo boljši nadomestek pri prehrani novorojenčkov kot obroki iz soje in beljakovinskih hidrolizatov. Mandlji so prav tako zelo dober vir beljakovin, vlaknin, enkrat nenasičenih maščobnih kislin, vitamina E in mangana (Vanga in Raghavan, 2018).
Splošni postopek izdelave mandljevega napitka vsebuje postopek namakanja in mletja mandljev z dodatkom vode v presežku. S filtracijo se iz tekočine izločijo trdni delci, filtrat pa je mlečno bela tekočina (koloidna disperzija). Sledita homogenizacija in pasterizacija, s katerima se izboljša stabilnost in podaljšan rok uporabe (Bernat in sod., 2014).
Iz preglednice 1 lahko razberemo, da je energijski vnos z uživanjem nesladkanih mandljevih napitkov, v primerjavi z drugimi napitki, najnižji, in znaša 15 kcal/100 g. Prav tako je tudi vsebnost ogljikovih hidratov najnižja. Vsebnost beljakovin v mandljevih napitkih je 0,4 g/
100 g. Pri izbiri napitka se upošteva tudi vsebnost mineralov, še posebej kalcija, ki je pomemben pri otrocih v obdobju rasti in pri odraslih za ohranjanje kostne gostote. Mandlji imajo dobro vsebnost vitaminov z antioksidativnim delovanjem, kar se posledično odraža tudi v napitkih. Vsebnost vitamina E se giblje okoli 6,33 mg/100 g napitka, kar predstavlja 50 % priporočenih potreb. Kljub 25,6 mg/ 100 g vitamina E v mandljih (USDA, 2021), pa tako velika vsebnost v napitku najverjetneje odraža dodatek vitamina v fazi priprave, saj je razmerje med vsebnostjo vitamina E in skupnimi maščobami precej večje v napitku kot v samih mandljih.
2.3.2 Sojin napitek
Soja je edinstven prehranski vir, saj je zelo bogata z beljakovinami in maščobami. Semena vsebujejo med 35-40 % proteinov in 20 % maščob, torej predstavljajo zelo pomemben vir beljakovin za ljudi, ki sledijo vegetarijanski prehrani. Na jugu Azije sojo v različnih oblikah vključujejo v svojo prehrano že več tisoč let, v državah Severne Amerike in določenih delih Evrope pa le zadnje stoletje. Pridelava soje se je v zahodnih državah začela šele v začetku 19. stoletja. Od takrat so ZDA postale največja pridelovalka soje. Večinski delež soje se uporablja za proizvodnjo olja in beljakovinskih izolatov, pomembni proizvodi pa so še sojini napitki in tofu. Sojin napitek ni le dober nadomestek mleka za ljudi z laktozno intoleranco, ima tudi ugodne učinke na zdravje, saj vsebuje izoflavone, katere povezujejo z antikancerogenimi lastnostmi (Vanga in Raghavan, 2018).
Potrošniki so se pogosto pritoževali nad »fižolovim okusom« sojinega napitka, ki je posledica oksidacije maščobnih kislin z lipooksigenazami. Težavo predstavljajo tudi različne antinutritivne spojine v soji in sojinih izdelkih, ki zmanjšujejo biorazpoložljivost beljakovin in mineralov (Harish Vagadia in sod., 2016). Ti dejavniki so bili, poleg izpostavljanja dejstva, da večina pridelave temelji na gensko spremenjeni soji, razlog zmanjšanja priljubljenosti pri potrošnikih. Medtem je konzumiranje in popularnost mandljevih napitkov narastlo. Ne glede na vse dejavnike, ki so povezani z manjšo
priljubljenostjo sojinih napitkov, so še vedno zelo pogosto vključeni v prehrano in so pomemben vir beljakovin pri različnih jedeh in dietah.
Preglednica 1 predstavlja tudi podatke o sojinih nadomestkih mleka. Iz nje je razvidno, da je energijska vrednost tega napitka nižja kot pri kravjem mleku. Sojin napitek je dober vir beljakovin, saj 100 g napitka vsebuje 3,55 g beljakovin, kar predstavlja najvišjo vsebnost med rastlinskimi nadomestki mleka, katerih vrednosti so navedene v preglednici.
2.3.3 Rižev napitek
Rižev napitek predstavlja izbor žitnih napitkov, ki so lahko pripravljeni z mešanjem rjavega riža, običajno mletega, in vode. Riž predstavlja zelo bogat vir ogljikovih hidratov. Pri pripravi riževih napitkov prihaja do obširne encimske hidrolize škroba pri čemer se tvorijo sladkorji, kar daje riževemu napitku značilen sladek okus brez dodanega sladkorja. Včasih proizvajalci dodajajo različne glikozidaze, da bi izboljšali obseg hidrolize (Lomer in sod., 2008). Raziskave so pokazale, da uživanje riževih napitkov, kot nadomestilo za kravje mleko, lahko vodi do podhranjenosti, še posebej pri dojenčkih. Zaradi večje vsebnosti ogljikovih hidratov in manjše vsebnosti beljakovin in maščob, se hranilni profil riževih napitkov bistveno razlikuje od profila kravjega mleka. Pri dojenčkih, ki so bili na veganski dieti, ki je temeljila na rižu, so opazili celo pojav kvašiorkorja, ki je bolezen povezana s podhranjenostjo, predvsem s pomanjkanjem beljakovin. Riževim napitkom, posebej tistim narejenim doma brez dodanih mikrohranil, navadno primanjkuje mineralov in vitaminov (Katz in sod., 2005).
Iz preglednice 1 je razvidno, da riževi napitki med vsemi rastlinskimi napitki vsebujejo največ ogljikovih hidratov, in sicer 9,17 g /100 g. Vsebnost beljakovin in maščob je zelo nizka. Vsebnost kalcija je podobna kravjemu mleku in znaša 118 mg/100 g izdelka, vendar je lahko tudi posledica obogatitve napitka s kalcijevimi ioni, saj je sam riž relativno slab vir kalcija (USDA, 2021).
2.3.4 Kokosov napitek
Kokosov napitek je tekočina, ki je ekstrahirana iz zmletega belega kokosovega mesa, ki je bogat vir maščob z velikim deležem nasičenih maščobnih kislin. Kokos je zelo priljubljen v nekaterih predelih Azije in na jugu Amerike. Kokosov napitek prodajajo v pločevinkah po vsem svetu in je široko uporaben v različnih azijskih jedeh (Tinchan in sod., 2014).
Kokosov napitek so analizirali že v 40. letih prejšnjega stoletja. Več raziskovalcev je ugotovilo, da uživanje kokosovih napitkov lahko poveča skupen holesterol, ampak predvsem na račun HDL holesterola, kar zmanjšuje verjetnost za pojav srčno žilnih bolezni. K temu pripomore kratkoverižna lavrinska kislina (12:0), ki je kvantitativno najpomembnejši gradnik kokosove maščobe (Myaka R. A. I. in sod., 2013). Tinchan in sod. (2015) so analizirali tudi spremembe kokosovega napitka po termični obdelavi (121 °C, 5 min) v času skladiščenja. Ugotovili so, da se je pri kokosovem napitku, katerega skladiščni čas je
presegel 2 meseca, povečala koncentracija kratkih in srednjeverižnih maščobnih kislin, kot posledica hidrolize, in drugih komponent, na primer aldehidov, kot posledica oksidacije lipidov. Torej daljši skladiščni čas lahko privede do znižanja hranilne vrednosti kokosovega napitka.
Glede na preglednico 1 ima kokosov napitek v primerjavi z drugimi rastlinskimi napitki in kravjim mlekom precej edinstveno sestavo. Ima nizko energijsko vrednost v primerjavi z ostalimi, in sicer 31 kcal/ 100 g, vendar večina teh kalorij izhaja iz nasičenih maščob.
Kokosovi napitki vsebujejo zelo malo ogljikovih hidratov in praktično ne vsebujejo beljakovin. Vsebnost kalcija je tako kot pri riževem napitku podobna kravjemu mleku, vendar je tudi to najverjetneje posledica dodatka kalcija v napitek, saj sam kokos vsebuje precej manj kalcija (USDA, 2021).
2.3.5 Energijska vrednost
100 g kravjega mleka ima energijsko vrednost približno 60 kcal, od tega je približno 30 % energijske vrednosti zaradi ogljikovih hidratov, 48 % na račun maščob in 21 % na račun beljakovin. Dober rastlinski nadomestek ima podobno energijsko porazdelitev kot mleko.
Pri kokosovem napitku je kar 60 % energijske vrednosti na račun maščob, pri riževem napitku pa 78 % energijske vrednosti predstavljajo ogljikovi hidrati. Delež nasičenih maščob je v kokosovem napitku zelo visok. Riž je zelo slab vir beljakovin in maščob, glede na to, da je škrob glavni vir energijske vrednosti v rižu. Pri mandljih in soji je vsebnost enkrat in večkrat nenasičenih maščobnih kislin izrazito višja v primerjavi z nasičenimi, kar ima dober vpliv na zdravje. Glede na makrohranila, torej beljakovine, maščobe in ogljikove hidrate, naj bi bila soja in do določene mere tudi mandlji najprimernejši surovini za izdelavo napitkov kot nadomestek kravjega mleka v človeški prehrani.
Preglednica 1: Vsebnost hranilnih komponent v mandljevem, sojinem, riževem, kokosovem napitku in kravjem mleku (USDA, 2021)
Komponente Povprečne potrebe
Mandljev napitek (100 g)
Sojin napitek (100 g)
Rižev napitek (100 g)
Kokosov napitek (100 g)
Kravje mleko (100 g)
Ogljikovi hidrati (g) 130 1,31 1,29 9,17 2,92 4,63
Sladkorji 0,81 0,56 5,28 2,5 4,81
Vlaknine 35 0,2 <0,45 0,3 0 0,0
Maščobe (g) 35 0,96 2,12 0,97 2,08 3,2
Nasičene 0,08 0,314 0 2,083 1,86
MUFA 0,59 0,416 0,625 0 0,688
PUFA 0,24 0,988 0,313 0 0,108
Holesterol (mg) 0 0 0 0 12
Beljakovine (g) 55 0,4 3,55 0,28 0,21 3,28
Minerali (mg)
Kalcij 1100 184 101 118 188 123
Železo 6,5 0,28 0,54 0,2 0,3 0
Magnezij 350 6 21,5 11 0 11,9
Fosfor 600 9 69 56 0 101
Kalij 4700 67 158 27 19 150
Natrij 1500 72 34 39 19 38
Cink 9,4 0,06 0,31 0,13 0 0,42
Vitamini
Vitamin C (mg) 75 0 0 0 0 0
Tiamin (mg) 1 0 0,063 0,027 0 0,056
Riboflavin (mg) 1,1 0,01 0,084 0,142 0 0,138
Niacin (mg) 11 0,07 0,236 0,39 0 0,105
Vitamin B6 (mg) 1,2 0 0,055 0,039 0 0,061
Folat, DFE (µg) 320 1 20 2 0 0
Vitamin B12 (µg) 2 0 0,39 0,63 1,25 0,54
Vitamin A (µg) 600 0 58 63 63 32
Vitamin E (mg) 12 6,33 0,16 0,47 0 0,05
Vitamin D (µg) 10 1 0,68 1 1 0,96
Energijska vrednost
(kcal) 15 38 47 31 60
*Mandljev napitek: NDB Number: 14091, Sojin napitek: NDB Number:16222, Rižev napitek: NDB Number: 14639, Kokosov napitek: NDB Number: 14171, Kravje mleko: NDB Number: 1077
2.3.6 Vsebnost maščob in beljakovin
Vsebnost maščob in beljakovin v kravjem mleku ni konstanta. Iz podatkov od dnevnih kontrolah prireje mleka v zadnjih dveh letih izhaja, da vsebnosti maščob na tedenski osnovi nihajo od 3,9 % - 4,3 % in beljakovin od 3,3 % - 3,6 % (KIS, 2021). Iz podatkov v preglednici 1 izhaja, da 100 g kravjega mleka vsebuje 3,2 g maščob, kar predstavlja 28,8 kcal. Delež nasičenih maščobnih kislin je 56,3 % in 21,5 % enkrat nenasičenih maščobnih kislin.
Rastlinski napitki, predstavljeni v preglednici 1, imajo nižjo vsebnost maščob kot kravje mleko. Do relativno velikih razlik pride pri deležu nasičenih maščobnih kislin. Najnižjo vsebnost nasičenih maščobnih kislin imajo riževi napitki, sledijo jim mandljevi in nato sojini napitki. V kokosovih napitkih je kar 95 % maščob nasičenih.
Po vsebnosti beljakovin so sojini napitki najboljša izbira, vendar je njihova pomanjkljivost potencialna alergenost na beljakovine soje. Mandljevi napitki prav tako zagotavljajo določeno količino beljakovin, a se tako kot pri kravjem mleku in sojinih napitkih, tudi pri mandljih lahko pojavi težava z alergijami na njihove beljakovine.
2.3.7 Minerali
Večina proizvajalcev rastlinskim nadomestkom kravjega mleka dodaja kalcij, da dosežejo enake vrednosti kot pri kravjem mleku. Vsebnosti kalcija v 100 mL rastlinskih napitkov, ki jih najdemo na trgovskih policah, se zelo razlikujejo. Za večino podatkov v preglednici 1 velja, da predstavljajo mediano vrednosti določeno v različnih napitkih enakega tipa. V mandljevih napitkih je vsebnost kalcija med približno 184 mg, v sojinih 101 mg, v riževih 118 mg ter v kokosovih napitkih 188 mg.
V kravjem mleku so prisotni tudi drugi minerali, kot so magnezij, fosfor in kalij. Večina mlečnih nadomestkov vsebuje vsaj 50-70 % delež teh mineralov. Izjema je kokosov napitek, ki vsebuje relativno malo fosforja in kalija. Malo kalija vsebujejo tudi riževi napitki (Vanga in Raghavan, 2018).
2.4 STRUKTURNE OSNOVE FIZIKALNO KEMIJSKIH LASTNOSTI
RASTLINSKIH NAPITKOV
Zaželeno je, da imajo rastlinski napitki mleku podobne fizikalne, funkcionalne in senzorične lastnosti, da s tem privlačijo potrošnika. Proizvajalci morajo dobro razumeti glavne dejavnike, ki vplivajo na lastnosti in kakovost izdelka. Gre za zelo kompleksne koloidne raztopine (suspenzije), saj je veliko lastnosti povezanih z naravo polimerov in delcev, ki jih vsebujejo.
2.4.1 Vizualne lastnosti
Izgled izdelka je med najpomembnejšimi dejavniki, ki odločajo, ali ga bo potrošnik izbral.
Za rastlinske napitke je zaželeno, da so njihove vizualne lastnosti podobne kravjemu mleku, torej enotne mlečno bele barve. Pričakovan izgled pa je odvisen tudi od dejanskih karakteristik izdelka. Na primer, kupec lažje sprejme rahlo rjavo obarvan napitek iz oreščkov, prav tako tudi rastlinske napitke z dodanimi okusi, kot sta na primer čokolada ali jagoda, ki dajeta rjavo in rožnato barvo rastlinskim napitkom (McClements, 2020).
2.4.1.1 Fizikalne osnove vizualnih lastnosti
Sipanje svetlobe: Značilen kremni izgled rastlinskih nadomestkov mleka je posledica razpršenja valov vidne svetlobe na koloidnih delcih v napitku, kot so lipidne kapljice in drobno homogeniziran rastlinski material (McClements, 2016). Svetloba se razprši na koloidnih delcih, kadar imajo drugačen lomni količnik kot tekočina, ki jih obdaja. To je značilno za maščobne delce, proteine in ogljikove hidrate (Stocker in sod., 2017). Kremni izgled je odvisen od stopnje razpršenosti svetlobe, ki je posledica razlik v lomnih količnikih, dimenzije in koncentracij delcev, ki razpršujejo svetlobo. Razpršenost svetlobe se poveča z večanjem števila koloidnih delcev. Intenzivnost razpršenosti svetlobe je odvisna tudi od dimenzij koloidnih delcev v primerjavi z valovno dolžino svetlobe. Delci z velikostjo 200 nm sipajo svetlobo najbolj intenzivno. Izgled mleka je torej možno optimizirati z ustrezno koncentracijo in dimenzijo maščobnih kapljic in oljnih telesc. Kremni izgled rastlinskih nadomestkov mleka se lahko spreminja tudi z dodajanjem drugih surovin na rastlinski osnovi, kot so proteinski delci ali delci rastlinskih tkiv, kar je lahko uporabno pri izdelkih z manj maščobe ali nižjo energijsko vrednostjo (McClements, 2020).
Absorpcija : Značilna barva rastlinskih napitkov je posledica selektivne absorpcije svetlobe v vidnem delu spektra z različnimi pigmenti. Ti so lahko naravno prisotni v rastlinskih materialih, ki se uporabljajo v proizvodnji rastlinskih napitkov, kot so na primer klorofil, antocianini ali karotenoidi, lahko pa nastanejo tudi kot rezultat procesiranja za izdelavo končnega izdelka, na primer rjavi pigmenti, kot posledica Maillardove reakcije, ko skupaj segrevamo beljakovine in reducirajoče sladkorje. Naravni pigmenti so lahko tudi dodani v rastlinske nadomestke mleka, da dobijo videz, ki ustreza pričakovanju kupcev, kot je na primer rjava, rumena ali roza za nadomestke z dodanimi okusi. Druga možnost pa so različna mikrohranila, ki so dodana v rastlinske napitke, in so lahko že naravno pigmentirana in s tem spremenijo barvo končnega izdelka. Proizvajalec mora upoštevati tudi ta vidik, ko optimizira končni izdelek (McClements, 2020).
2.4.1.2 Primeri izgleda rastlinskih napitkov
Z uporabo kolorimetrije se določajo karakteristike izgleda različnih živil, med njimi tudi rastlinske napitke. Za parametrizacijo barve se uporablja barvni prostor CIELAB, ki je določen s parametri L*, a* in b* (McClements, 2020). Prednost uporabe koordinatnega
sistema je določitev barve z le tremi spremenljivkami. Z numeričnimi meritvami se lahko enostavno določi, ali izdelek dosega vnaprej določena merila kakovosti (McClements, 2002). Parameter L* določa svetlost od 0 do 100, pri čemer je 0 zelo temno in 100 zelo svetlo, a* in b* pa določata štiri osnovne barve, torej rdečo (+a), zeleno (-a), rumeno (+b) in modro (-b). Meritve barve, ki so jih naredili na komercialnih rastlinskih napitkih so pokazale, da se njihov indeks beline (L*) giblje med 52 in 76, kar je precej nižje od indeksa beline za mleko, ki je 82. Razlike v belini so posledica razlike v njihovi sestavi in strukturi, za kar so razlog različne sestavine in različni proizvodni postopki. Rastlinski napitki pri katerih so uporabljene beljakovine leče kot emulgator, so obarvani rahlo rdeče. Ugotovili so, da se s termično obdelavo pri 85 °C vsebnost antocianinov zmanjša, posledica pa je zmanjšanje intenzivnosti obarvanja. Vključitev olj lahko npr. »posvetli« izdelek od vrednosti L* 46 na 77, najverjetneje zaradi tvorbe manjših lipoproteinskih kapljic, ki dobro razpršujejo svetlobo. Tudi homogenizacija z visokim tlakom posvetli napitke, saj se s to metodo zmanjšajo delci, in posledično pride do večje razpršenosti svetlobe (McClements, 2020).
2.4.2 Teksturne lastnosti
2.4.2.1 Fizikalne osnove teksturnih lastnosti
Rastlinski napitki, ki nadomeščajo mleko, so koloidne disperzije. Sestavljene so iz delcev, kot so oljna telesca, maščobne kapljice, proteinski agregati in biopolimerov, kot so proteini ali polisaharidi v vodni raztopini sladkorjev in soli (McClements, 2016).
Proizvajalci rastlinskih nadomestkov mleka se trudijo posnemati reološke lastnosti izdelkov iz kravjega mleka z uravnavanjem velikosti in koncentracije oljnih telesc ali z dodatkom hidrokoloidov na rastlinski osnovi. Razlike med rastlinskimi nadomestki mlečnih izdelkov in mlečnimi izdelki se v večini pojavijo prav zaradi razlik v vsebnosti oljnih telesc in drugih koloidnih delcev ter prisotnosti sredstev za zgoščevanje. V nekaterih primerih se lahko ustrezno teksturo doseže z uporabo kombinacij sredstev za zgoščevanje, ki se lahko uporabijo tudi za zmanjšanje gravitacijskega posedanja beljakovinskih delcev ali dvigovanja oljnih telesc in maščobnih kapljic, ki imajo manjšo gostoto kot okoliška raztopina. Nekateri rastlinski napitki naravno vsebujejo velike količine topnih polisaharidov, ki povečajo viskoznost raztopin. Polisaharidi lahko izvirajo iz surovin, ki jih uporabimo za pripravo napitkov, ali pa so dodani kot aditivi. Hidrokoloidi v rastlinskih napitkih približajo teksturne in senzorične lastnosti v ustih takšnim, ki so značilne za kravje mleko. Prav tako pripomorejo k upočasnitvi ločevanja faz, ki se razlikujejo v gostoti (McClements, 2020).
2.4.3 Stabilnost
Zelo pomembna lastnost za komercialno uporabo rastlinskih nadomestkov mleka je, da niso podvrženi spremembam med skladiščenjem in različnim okoljskim razmeram, ki so jim lahko izpostavljeni. Zato je zelo pomembno dobro razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na stabilnost rastlinskih nadomestkov mleka. Stabilnost se med izdelki razlikuje, saj je odvisna
od delcev v njih (oljna telesca, maščobne kapljice ali netopni preostanki rastlinskega materiala), od lastnosti vodne raztopine (pH, vsebnost mineralov in sladkorjev, viskoznost, gostota), in tudi od pogojev skladiščenja (McClements, 2020).
Razlogi destabilizacije rastlinskih nadomestkov mleka so lahko različni fizikalni procesi, kot so flokulacija in koalescenca, ki sta posledica agregacije, in izločitev lipidne faze (nabiranje smetane) in sedimentacija, ki sta povezana z razlikami v gostoti delcev in okoliško tekočino (McClements, 2016). Na potek fizikalnih procesov vplivajo tudi kemijske ali biokemijske transformacije, vključno z oksidacijo in hidrolizo. Poleg tega pa lahko izdelki postanejo nestabilni in zdravju škodljivi zaradi mikrobioloških procesov, kot je rast bakterij, kvasovk in plesni. Poznavanje različnih mehanizmov, ki vplivajo na stabilnost rastlinskih napitkov, je ključno za načrtovanje izdelkov z daljšim rokom uporabe in z dobrimi funkcionalnimi lastnostmi (McClements, 2020).
2.4.3.1 Fizikalna nestabilnost
Gravitacijsko ločevanje: Rastlinski nadomestki mleka vsebujejo delce z drugačno gostoto kot je gostota tekočine v kateri so razpršeni. Delci, ki imajo manjšo gostoto kot voda, torej oljna telesca ali maščobne kapljice, se zaradi vzgona počasi dvigujejo na površino, delci z večjo gostoto kot raztopina, to so predvsem netopni preostanki celic in proteinski agregati ali kalcijev karbonat, če je bil ta dodan kot aditiv, pa se posedajo na dno (McClements, 2016).
Hitrost posedanja/dviganja (v) je sorazmerna z razliko v gostoti delcev (2) in okoliške tekočine (1), gravitacijskim pospeškom (g) in s kvadratom polmera delcev (D2) in obratno sorazmerna z viskoznostjo raztopine (1). Zgoraj omenjene količine povezuje Stokesov zakon (enačba 1), ki pa je le približek realnega stanja, saj zakon velja samo za sferične delce in v enačbi tudi niso upoštevane interakcije med delci (McClements, 2020).
…(1) Iz enačbe je razvidno, da razlika v gostoti in velikost delcev pospešujeta ločevanje faz, medtem ko viskoznost temu nasprotuje. Hitrost delcev, ki se premikajo navzgor se zmanjšuje, ko se zmanjšuje premer delca, ko se zmanjša razlika v gostoti med delci in tekočino ali če se poveča viskoznost okoliške tekočine. Za delce z manjšo gosto od tekočine (2<1), ki se bodo izločali v obliki smetane je predznak hitrosti pozitiven, kar pomeni, da se delci dvigujejo. Za relativno težke delce pa je predznak negativen, kar pomeni, da se delci posedajo (McClements, 2020).
Stokesov zakon nam torej pove, da se stabilnost rastlinskih nadomestkov mleka lahko izboljša z zmanjšanjem premera delcev, povečanjem viskoznosti vodne faze ali z zmanjšanjem razlike v gostoti. Hitrost dvigovanja delcev, katerega posledica je nastanek smetane, postane razmeroma visoka, kadar premer delcev presega približno 500 nm,
posledično velja, da je za stabilnost pomembno, da imamo v rastlinskih napitkih majhne delce. To lahko dosežemo z izbiro rastlinskih vrst, ki naravno vsebujejo razmeroma majhna oljna telesca ali pa z učinkovito homogenizacijo, da nastanejo majhne maščobne kapljice. V večini primerov pa rastlinski nadomestki mleka vsebujejo precej delcev z velikostjo več kot 1 µm, kar pomeni, da so večji delci zelo dovzetni za gravitacijsko ločevanje. Hitrost posedanja ali dvigovanja na površje lahko upočasnimo z dodajanjem zgoščevalnih sredstev (različni hidrokoloidi). Vendar s količino dodanega zgoščevalnega sredstva ne smemo pretiravati, saj ima lahko tudi negativen vpliv na teksturo in senzorične lastnosti (McClements, 2020).
Združevanje delcev (agregacija): Združevanje delcev v rastlinskih nadomestkih mleka ima negativen vpliv na kakovost izdelka. Kot problem lahko izpostavimo tudi tako imenovano
»sirjenje« do katerega pride, ko dodamo rastlinski nadomestek mleka v vročo kavo. Pri tem prihaja do medsebojnega povezovanja oljnih teles, lipoproteinskih delcev, beljakovinskih delcev in ostankov rastlinskega materiala, zaradi sprememb v interakcijah med delci. pH večine rastlinskih nadomestkov mleka je v območju 6-7. Kava je kisli medij (pH5), torej je pH blizu izoelektrične točke mnogih rastlinskih beljakovin, ki so v tej točki najmanj topne.
Ko dodamo rastlinski nadomestek mleka v kavo, se zaradi spremembe pH v smeri izoelektrične točke zmanjša površinski naboj proteinov (in s tem medsebojni odboj), posledica nižjega pH in povišane temperature je tudi denaturacija nekaterih rastlinskih proteinov. Zaradi naštetega prihaja do agregacije proteinov, lipoproteinskih delcev in oljnih kapljic. Če je gostota agregatov manjša od raztopine, se na površini nabirajo grudice in skupki bogati z maščobami. V primeru agregacije delcev v katerih prevladujejo proteini in imajo večjo gostoto od raztopine, pa pride do posedanja na dno. Tovrstne težave se lahko reši na več načinov, in sicer z zamenjavo emulgatorja, ki je bil uporabljen za izboljšanje stabilnosti, z vključevanjem anionskega polisaharida na rastlinski osnovi, ki bo tudi pri nižjem pH ohranil negativen naboj in zmanjšal medsebojne interakcije med proteini, z vključevanjem puferskega sredstva, ki bo stabiliziral pH na višji vrednosti po dodatku v kavo, in z vključevanjem kelatorja, ki veže vse proste kalcijeve ione, ki se lahko sprostijo ob znižanju vrednosti pH (McClements, 2020).
Rok uporabe rastlinskih nadomestkov mleka je pogojen tudi s stabilnostjo, povezano z agregacijo (McClements, 2016). Združevanje delcev lahko vodi v nezaželene spremembe v kakovosti. Gravitacijsko ločevanje lahko vodi v nastanek sloja delcev na površini ali na dnu izdelka, nekateri skupki delcev lahko postanejo tako veliki, da so vidni s prostim očesom ali jih lahko celo v ustih začutimo kot zrnate ali peščene. Težnja združevanja delcev je odvisna od oblike delcev in relativne velikosti različnih privlačnih in odbojnih interakcij. V teh procesih imajo ključno vlogo elektrostatske interakcije, ki so povezane s površinskim nabojem, hidrofobne interakcije med nepolarnimi segmenti, ki so izpostavljeni topilu in prisotnosti molekul, ki se vežejo na površino posameznih delcev ter tako preprečujejo medsebojno povezovanje. Do združenja bo prišlo, ko bodo privlačne interakcije močnejše od odbojnih. Torej je razumevanje glavnih dejavnikov, ki vplivajo na različne koloidne
interakcije, zelo pomembno za povečanje stabilnosti rastlinskih napitkov (McClements in sod., 2019)
V preglednici 2 so prikazane nekatere možnosti izboljšanja stabilnosti rastlinskih nadomestkov mleka.
Preglednica 2: Pogoste strategije za izboljšanje stabilnosti s preprečevanjem združevanja delcev (McClements, 2020)
Tip interakcije Strategija izboljšave stabilnosti
Sterično odbijanje Sterični odboj med delci (preprečevanje medsebojnega povezovanja) lahko povečamo z dodatkom molekul, ki se adsorbirajo na površino in stabilizirajo interakcije, ki bi lahko vodile do medsebojnega povezovanja delcev.
Elektrostatsko odbijanje Elektrostatski odboj lahko povečamo s povečanjem površinskega naboja ali z zmanjšanjem ionske jakosti raztopine. To lahko dosežemo z uravnvanjem pH in koncentracije soli. Pomembno je, da je pH čimbolj stran od izoelektrične točke pri kateri je medsebojni odboj najmanjši (in privlak največji).
Stabilizacija hidrofobne površine
Hidrofobno agregacijo lahko zmanjšamo z dodatkom površinsko aktivnih snovi, ki se vežejo na hidrofobne površine delcev, in s tem preprečimo agregacijo. Potrebno je ustrezno regulirati temperaturo, da ne pride do termične denaturacije, ki vodi v hidrofobno agregacijo proteinov.
Zmanjševanje koncentracije molekul, ki povezujejo delce
Potrebno je zagotoviti, da je v raztopini prisotnih čimmanj molekul, ki lahko povezujejo različne delce med seboj. V prvi vrsti so to molekule (ali makromolekule), ki imajo naboj (več nabojev) in so lahko vključene v medsebojno povezovanje delcev z nasprotnim nabojem kot ga imajo same.
Splošno se lahko koloidni delci v rastlinskih nadomestkih mleka združijo kot posledica flokulacije (več delcev se povezuje med seboj) ali koalescence (delci se »zlijejo« med seboj).
To je odvisno od njihove površine in sestave notranjosti delcev. Trdni delci, ali delci s togo površino, se bodo nagibali k flokulaciji, delci, ki imajo mehko površino pa se nagibajo tako k flokulaciji, kot tudi h koalescenci. Delci z največjo tendenco za koalescenco so kapljice olja ali oljna telesca, ki imajo tekoče oljno jedro. Če se združi veliko teh delcev, lahko na površini nastane plast olja, ki ni zaželena (McClements, 2020). Flokulacija poveča stopnjo gravitacijskega ločevanja, kar je običajno nezaželeno. Poveča tudi viskoznost emulzije, pri dovolj visoki koncentraciji delcev pa lahko nastane tudi gel (McClements, 2016).
Koalescenca je proces, pri katerem se dve ali več kapljic tekočine združi v eno večjo kapljico. Emulzija tako preide v bolj termodinamično stabilno stanje, saj se z združenjem zmanjša statična površina med oljno in vodno fazo. Koalescenca torej povzroča, da se kapljice emulzije hitreje posedajo ali dvigujejo na površje, saj se je njihova velikost povečala (McClements, 2016).
2.4.3.2 Kemijska stabilnost
Upoštevati je potrebno tudi možnosti kemične nestabilnosti hranil ali nutracevtikov, dodanih rastlinskim napitkom. Mnoge bioaktivnih snovi, ki so sestavni del rastlinskega materiala iz katerega pripravimo nadomestke, ali jih dodamo zaradi izboljšanja prehranskih in funkcionalnih lastnosti, so med shranjevanjem relativno nestabilne. To so npr. omega-3 maščobne kisline, karotenoidi, kurkumin, kvercetin, resveratrol in nekateri vitamini. Zato je pomembno razumevanje vključenih reakcijskih mehanizmov in poznavanje dejavnikov, kot so pH, prisotnost redoks aktivnih kovinskih ionov, temperatura, kisik in izpostavljenost svetlobi, ki vplivajo na stabilnost, da lahko uporabimo različne strategije za izboljšanje kemijske stabilnosti (McClements, 2020).
2.4.4 Senzorične lastnosti
Rastlinski nadomestki mleka bodo postali dobra alternativa kravjemu mleku le, če bodo imeli ustrezne senzorične lastnosti (Jeske in sod., 2018). Večina ljudi pozna mleko od otroštva in so navajeni na prefinjen okus in kremast občutek v ustih. Zaželen videz, aroma in okus so v veliki meri odvisni od maščobnih kapljic, ki dajejo kremasto strukturo in prijeten občutek v ustih ter so nosilci tipičnih mlečnih arom. Rastlinski nadomestki mleka naj bi bili zasnovani tako, da bi posnemali vse te zaželene senzorične lastnosti mleka (Schiano in sod., 2017).
Mnogi rastlinski napitki imajo svoje edinstvene profile okusa, ki so odvisni od hlapnih spojin v izvornih surovinah, kot so mandlji, soja, kokos, oreščki ali oves (Jeske in sod., 2018). V nekaterih primerih so ti okusi zaželeni in jih zaznamo kot dober atribut kakovosti, v drugih primerih pa so nezaželeni in jih je potrebno odstraniti ali prikriti. Pri nekaterih nadomestkih mleka se lahko začutijo tudi delci, ki so ostanki rastlinskih celic ali koloidnega kalcija, kar lahko daje v ustih neprijeten občutek po kredi. V nekaterih primerih se lahko s homogenizacijo zmanjša velikost delcev in s tem izboljša neprijeten občutek v ustih, hkrati pa se s tem zmanjša tudi gravitacijsko ločevanje delcev (McClements, 2020). Po zadnjih javnomnenjskih raziskavah o senzoričnih lastnostih komercialnih rastlinskih nadomestkov mleka, v kateri so ocenjevali videz, aromo, okus, občutek v ustih in splošno všečnost, so ugotovili, da so si po senzorični oceni ovseni napitki, riževi, mandljevi, sojini in lečini zelo podobni, konoplja pa je od vseh naštetih najmanj všečna. V okviru druge študije so senzorične lastnosti mandljevega in sojinega napitka primerjali s kravjim mlekom (Kundu in sod., 2018). Rezultati raziskave so pokazali, da je sojin napitek manj všečen kot kravje mleko, mandljev napitek pa je sprejet zelo podobno kot kravje mleko (McClements, 2020).
2.5 NOVE PROCESNE METODE V INDUSTRIJI
V proizvodnji rastlinskih nadomestkov mleka je ključnega pomena, da se uporabljajo metode, ki bodo zagotavljale fizikalno stabilnost končnega izdelka. Uporaba ustreznih metod lahko prav tako zmanjša potrebe po aditivih, kot so hidrokoloidi in emulgatorji, ki jih uporabljajo za izboljšanje fizikalne stabilnosti (Aydar in sod., 2020).
Z novimi procesnimi metodami naj bi dosegli večjo stopnjo inaktivacije mikroorganizmov in encimov, zmanjšali delce ter vplivali na viskoznost za izboljšanje fizikalne stabilnosti.
Raziskovalci se raje usmerjajo v raziskovanje kombinacij tehnologij kot je omsko (električno) segrevanje, obdelava z ultrazvokom, obdelava s pulzirajočim električnim poljem in z visokimi tlaki (Aydar in sod., 2020).
Kombinacijo ultrazvoka in visokotlačne homogenizacija so uporabili pri mandljevih nadomestkih mleka. Maghsoudlou in sod. (2016) so z meritvami skupnih trdnih snovi v mandljevem napitku z uporabo ultrazvoka ugotovili, da je se je velikost delcev zmanjšala. S podaljšanim časom ultrazvočne obdelave se sedimentacijski indeks (skupne trdne snovi) zmanjša. Po petih minutah ultrazvočne obdelave se je velikost delcev zmanjšala za petkrat.
Rezultat je stabilnejši rastlinski napitek. Dhakal in sod. (2016) so ugotovili, da se z uporabo visokotlačne homogenizacije velikost delcev poveča, saj je pri visokih tlakih prišlo tudi do povišanja temperature in denaturacije ter agregacije proteinov, kar je privedlo do nastanka večjih delcev. Na osnovi rezultatov raziskave lahko sklepamo, da je uporaba ultrazvoka pri proizvodnji mandljevih napitkov boljša izbira, saj gre za netermično metodo. Ta zagotavlja večjo stabilnost suspenzije, ki je posledica nastanka manjših delcev (Aydar in sod., 2020).
Pri sojinih nadomestkih mleka so analizirali vpliv ohmskega segrevanja na fizikalne lastnosti. Ugotovili so, da pri ohmskem segrevanju pride do povečanja agregacije beljakovin zaradi denaturacije (Aydar in sod., 2020). V splošnem velja, da so netermične metode primernejše za homogenizacijo in deaktivacijo mikroorganizmov in encimov, saj ne stimulirajo agregacije zaradi denaturacije proteinov (Bernat in sod., 2015).
2.6 ZDRAVSTVENI VIDIK UŽIVANJA RASTLINSKIH NAPITKOV
Oreščki, žita in oljnice so bogat vir makrohranil, mikrohranil in ostalih bioaktivnih spojin.
So tudi dober vir esencialnih maščobnih kislin, vlaknin, mineralov in vitaminov ter fenolnih spojin in fitosterolov (Aydar in sod., 2020).
Rastlinski nadomestki mleka se od kravjega mleka razlikujejo v več pogledih. Z vidika makrohranil in vsebnosti beljakovin je vsebnost v rastlinskih alternativah na splošno nižja kot v kravjem mleku, so pa rastlinski nadomestki bogatejši v vsebnosti vlaknin in nenasičenih maščobnih kislin. Prav tako rastlinski nadomestki mleka ne vsebujejo holesterola, ampak fitosterole, katerih prehranski vnos zmanjša serumski holesterol. Napitki
iz indijskih oreščkov, ovsa in soje imajo višjo vsebnost prehranskih vlaknin kot drugi rastlinski napitki. Izoflavoni, ki so naravno prisotni v rastlinskih napitkih, še posebej v sojinih napitkih, zmanjšujejo tveganje za nastanek raka, medtem ko kravje mleko ne vsebuje izoflavonov. Kravje mleko ima prijeten okus zaradi naravne vsebnosti laktoze, nadomestki mleka, ki jih najdemo na trgu, pa navadno vsebujejo dodan sladkor, z namenom, da se približajo sladkemu okusu kravjega mleka, ki je ljudem zelo blizu (Aydar in sod., 2020).
2.6.1 Pozitivni zdravstveni učinki
2.6.1.1 Bioaktivne spojine
Rastlinski nadomestki mleka, narejeni iz oreščkov in semen, so zelo bogati z antioksidanti, ki na osnovi nekaterih študij znižujejo tveganje za nastanek raka, srčno žilnih bolezni, ateroskleroze in diabetesa, saj upočasnijo oksidacijo nukleinskih kislin, proteinov in lipidov (Maleki in sod., 2015).
Vsebnost antioksidantov v različnih žitih in oreških je največja v zunanjih delih, ki se pred ali v fazi priprave rastlinskega mleka pogosto odstranijo, zato je njihova vsebnost v napitkih manjša. Po odstranitvi kožice orehov se vsebnost antioksidantov zmanjša na 10 %. Pri pripravi napitkov se vsebnost fenolnih spojin v lešnikovih nadomestkih mleka zmanjša za 42 % v primerjavi s surovimi lešniki, pri sezamu pa kar za 84 % (Alasalvar in Bolling, 2015).
Sojini napitki vsebujejo izoflavone kot genistein, daidzein in glicitein. Te fenolne spojine imajo številne pozitivne učinke na zdravje, vključno z dermatološkimi boleznimi, rakom, osteoporozo, srčno žilnimi in nevrodegenerativnimi boleznimi ter se lahko do določene mere vežejo tudi na estrogenske receptorje. Genistein naj bi upočasnil procese staranja kože, zaradi vezave na estrogenske receptorje (Irrera in sod., 2017). Ojača tudi učinke nekaterih kemoterapevtikov pri zdravljenju raka, saj ob sočasnem jemanju inducira apoptozo rakastih celic (Spagnuolo in sod., 2015). Genistein je tudi močan antioksidant in dobro zaščitno sredstvo proti osteoporozi in srčno žilnim boleznim (Mazumder in Hongsprabhas, 2016).
Pistallato in sod. (2018) so na miših prikazali, da geniestein zavira napredovanje Alzheimerjeve bolezni. Izoflavon daidzein naj bi deloval preventivno pred rakom dojk in prostate, pred boleznimi srca in ožilja, diabetesom, osteoporozo, dermalnimi spremembami in nevrodegenerativnimi boleznimi. Tako kot genistein, je tudi daidzein močan antioksidant, ki deluje protivnetno ter upočasni proces staranja (Poschner in sod., 2017). V sojinih napitkih pa najdemo še en izoflavon, in sicer glicitein, ki je prisoten v precej nižjih količinah kot genistein in daidzein. Song in sod. (1999) so ugotovili, da se glicitein, oziroma nekateri njegovi metaboliti, relativno dobro vežejo na estrogene receptorje.
2.6.1.2 Maščobnokislinska sestava
Vsebnost mono- in polinenasičenih maščobnih kislin v oreščkih in žitih je relativno velika v primerjavi z nasičenimi maščobnimi kislinami. Enako velja tudi za napitke, ki so narejeni iz njih. Z nekaterimi izjemami, kot so na primer kokosovi napitki, imajo konopljini, ovseni
mandljevi ter napitki iz indijskih oreščkov, lešnikov, arašidov in soje veliko večjo vsebnost nenasičenih maščobnih kislin, kot pa vsebnost nasičenih maščobnih kislin. Glavni nasičeni maščobni kislini, ki ju najdemo v rastlinskih nadomestkih mleka sta palmitinska (16:0) in sterinska kislina (18:0) ter lavrinska kislina (12:0; kokos). Med nenasičenimi pa prevladujejo oleinska (18:1), linolna (18:2) in alfa-linolenska kislina (18:3) (Li D., Hu X., 2011). Rezultat prehrane z visoko vsebnostjo nenasičenih maščobnih kislin je v nižja vsebnost lipidov v krvi (Wang in sod., 2019). Gorji in sod. (2018) so v raziskavi ugotovili, da imajo nenasičene maščobne kisline še druge pozitivne učinke na zdravje. Maščobne kisline, kot so oleinska, linolna in alfa-linolenska kislina, imajo pozitiven učinek pri Alzheimerjevi bolezni in nekatere nevroprotektivne učinke. Poleg tega oleinska kislina zavira tudi aktivnost prolil endopeptidaze, katere aktivnost se poveča pri bolnikih z Alzheimerjevo boleznijo. Pri bolnikih Alzheimerjevo boleznijo so v lipidih čelnega režnja določili manj oleinske kisline kot pri zdravih posameznikih (Gorji in sod., 2018).
Fitosteroli, oziroma rastlinski steroli, so po strukturi podobni molekulam holesterola. Z njimi v prebavnem sistemu tekmujejo za absorpcijo. S povečanim prehranskim vnosom fitosterolov lahko zmanjšamo skupen serumski holesterol, kakor tudi holesterol v lipoproteinskih delcih majhne gostote. Na ta način se lahko zmanjša tveganje za pojav srčno žilnih bolezni (Decloedt in sod., 2017).
2.6.2 Negativni zdravstveni učinki
2.6.2.1 Pomanjkanje določenih hranil
Kljub velikemu številu pozitivnih učinkov rastlinskih nadomestkov kravjega mleka, z njimi ne dobimo vseh hranil, ki nam jih da kravje mleko. Če bi uživali izključno rastlinske napitke kot nadomestek mleka, lahko pride do pojava nekaterih bolezni. Glavna razlika med kravjim mlekom in rastlinskimi nadomestki je v vsebnost beljakovin, saj imajo le sojini podobno vsebnost beljakovin kot mleko. Čeprav je sojin napitek po vsebnosti beljakovin najboljša izbira, je mandljev napitek zaradi uravnotežene hranilne sestave in prijetnega okusa lahko tudi boljša izbira. Sojin napitek ni tako priljubljen med potrošniki prav zaradi svojega okusa in zaradi prisotnosti nekaterih antinutritivnih spojin, kot so tripsinski inhibitorji, fitinska kislina in saponini. Vseeno pa je vsaj s stališča vsebnosti kot razmerja med esencialnimi aminokislinami najboljša izbira (Aydar in sod., 2020).
2.6.2.2 Biorazpoložljivost
Biorazpoložljivost je definirana kot razmerje med količino bioaktivne snovi, ki pride na mesto delovanja (npr. v tkivo) in absolutno količino te snovi v zaužitem živilu (McClements in Peng, 2019). Na biorazpoložljivost lahko vpliva več različnih faktorjev, kot so struktura živila, prisotnost drugih komponent, mikrobna transformacija, absorpcija v prebavilih in transformacija v organizmu (Zhang, 2000). V splošnem velja, da je biorazpoložljivost nekaterih vitaminov in mineralov iz rastlinskih nadomestkov slabša kot iz mleka. Čeprav
