乳清
酸っぱい牛乳のホエー1杯

ホエイ（乳清）は、牛乳を凝固させて濾した後に残る液体です。チーズやカゼインの製造過程で副産物として得られ、様々な用途があります。スイートホエイは、チェダーチーズやスイスチーズのようなレンネットタイプのハードチーズの製造過程で副産物として得られます。アシッドホエイ（サワーホエイとも呼ばれます）は、水切りヨーグルトなどの酸性乳製品の製造過程で副産物として得られます。

ホエイプロテインは、 β-ラクトグロブリン（48%～58%）、α-ラクトアルブミン（13%～19%）、グリコマクロペプチド（12%～20%）、ウシ血清アルブミン、重鎖および軽鎖免疫グロブリン、そしていくつかの微量ホエイプロテインで構成されています。[ 1 ]

構成

スイートホエイとアシッドホエイは、総栄養成分分析において類似しています。質量比で、どちらも水分が93%、タンパク質が約0.8%、炭水化物が約5.1%含まれています。スイートホエイには約0.4%の脂質が含まれるのに対し、サワーホエイには約0.1%の脂質が含まれています。[ 2 ]炭水化物は主に乳糖です。タンパク質はラクトアルブミンとして知られています。ホエイにはミネラルも含まれています。[ 3 ]

生産

チーズを作るには、加熱した牛乳にレンネットまたは食用酸を加えます。これにより牛乳が凝固し、乳固形分（カード）と液状ホエイが分離します。[ 4 ]スイートホエイはレンネッ​​ト凝固チーズの副産物であり、アシッドホエイ（サワーホエイとも呼ばれる）は酸凝固チーズの副産物です。[ 5 ]スイートホエイのpHは5.6以上、アシッドホエイのpHは5.1以下です。[ 6 ]

さらなる処理

ホエイから脂肪分を取り除いた後、人間の食品用に加工されます（ホエイバターを参照）。[ 3 ]加工は単純に乾燥させるだけで行うことができますが、脂質やその他の非タンパク質物質を除去することで相対的なタンパク質含有量を増やすこともできます。 [ 7 ]例えば、膜ろ過後に噴霧乾燥を行うと、ホエイからタンパク質が分離されます。[ 8 ]

ホエイプロテインは熱 変性を起こし、凝固してタンパク質ゲルを形成します。このゲルは一部の食品に有用な場合があります。72℃を超える高温が続くと、ホエイプロテインは変性する可能性があります。[ 7 ]熱変性したホエイプロテインは、一部の人にアレルギーを引き起こす可能性があります。[ 9 ]

用途

ホエイは、リコッタチーズ、ノルウェー産ブルーノストチーズ、ホエイバターなどのホエイチーズや、その他多くの食用製品の製造に使用されています。ホエイの脂肪含有量は低く、数ポンドのホエイバターを作るのに1,000ポンドのホエイが必要です。[ 10 ]また、パン、クラッカー、市販のペストリーなど、多くの加工食品や動物飼料にも添加されています。ホエイタンパク質は主にα-ラクトアルブミンとβ-ラクトグロブリンで構成されています。スイートホエイにはグリコマクロペプチド（GMP）が含まれています。また、乳糖の豊富な供給源でもあり、乳糖をベースとした生理活性分子の合成にも利用できます。[ 11 ]

自家製チーズ製造で残った乳清は様々な用途があります。生地の調整剤として[ 12 ]、また、牛乳を必要とするほとんどの焼き菓子（パン、パンケーキ、マフィンなど）のレシピにおいて、脱脂乳の代わりに使用できます。[ 13 ] [ 14 ]

歴史を通して、ホエイは宿屋やコーヒーハウスで人気の飲み物でした。ジョセフ・プリーストリーは1752年から1755年にかけてダヴェントリー・アカデミーに在学していた際、1754年5月22日水曜日の朝に「大勢の仲間とホエイを飲みに行った」と記録しています。[ 15 ] これはおそらく「サックホエイ」または「ワインホエイ」のことだったと思われます。

ホエイは、スイスの炭酸飲料「 リベラ」の主原料の一つでもあります。

ホエーのもう一つの用途は「クリーム・オブ・ターター・ホエー」を作ることです。「1パイントのブルーミルク（脱脂乳）を火にかけ、沸騰し始めたらティースプーン2杯のクリーム・オブ・ターターを加え、火から下ろして、凝乳が鍋の底に沈むまで置いておきます。その後、洗面器に移して冷まし、温かいミルクとして飲みます。」これは熱酸凝固として知られています。[ 16 ]

チーズが作られる地域では、余剰のホエイ副産物が肥料として干し草畑に散布されることがあります。[ 17 ]

歴史的に、チーズ製造の副産物であるホエイは廃棄物とみなされ、米国では河川や小川に排出されていました。ホエイにはタンパク質が含まれているため、この方法は藻類の大量発生を招きました。藻類は水への日光と酸素の到達を阻害するため、生態系にとって有害で​​あるとみなされました。政府は最終的にこの方法を禁止しましたが、他の乳製品メーカーにとって廃棄問題を引き起こしました。最初の解決策は、ホエイをアイスクリーム製造における安価な増量剤として使用することでした。ホエイはその後、無数の製品に増量剤として使用され、最終的には多くの健康食品にも使用されるようになり、サプリメントとして今でも人気を博しています。

ホエイプロテイン

健康食品店で売られているホエイプロテインの容器

ホエイプロテインは栄養補助食品として広く販売されており、代替医療の分野では様々な健康効果が謳われています。[ 18 ]ホエイプロテインは牛乳アレルギー の原因となることもありますが、牛乳に含まれる主なアレルゲンはカゼインです。[ 19 ] [ 20 ]

ホエイはほとんどのプロテインパウダーの主成分で、主にアスリートやボディビルダーが、筋肉の構築/維持に必要な量のタンパク質を日常的に得るために使用されています。ホエイ プロテインは、3つの分岐鎖アミノ酸の 1 つであるロイシン[ 21 ]を多く含み、筋肉の成長と修復に最適です。[ 22 ] [ 23 ] ホエイは、液体内で有害な細菌が繁殖しないように低温殺菌されます。70～80 °C (158～176 °F) に加熱した後、4 °C (39 °F) まで冷却します。研究によると、この極端な温度処理によって、タンパク質が凝固して固形物になることなく、細菌の 99.7% が除去されます。次に、ホエイを濾過する必要があるため、セラミック フィルターとステンレス スチール タービンの巨大な網に投入されます。これらの機械は乳糖と脂肪を分離し、90％のホエイプロテインを含む液体を残します。 [ 24 ]

加水分解物は、代謝を容易にするために事前に消化され、部分的に加水分解されたホエイタンパク質ですが、そのコストは一般的に高くなります。 [ 7 ] 高度に加水分解されたホエイは、加水分解によって得られる短鎖ペプチドが連続したエピトープの除去のために抗原性が低いという事実により、他の形態のホエイよりもアレルギー性が低い可能性があります。 [ 9 ] [ 25 ]

天然ホエイプロテインはチーズ製造の副産物として得られるのではなく、脱脂乳から抽出され、濃縮物と分離物として生産されます。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

ホエイクリームとバター

ホエイからクリームを脱脂することができます。ホエイクリームは、牛乳から脱脂した（「甘い」）クリームよりも塩味が強く、酸味があり、「チーズのような」風味があり、ホエイバターを作るのに使用できます。ホエイは脂肪分が少ないため、収量は多くなく、通常、牛乳1,000に対してホエイ2～5のバターしか製造できません。[ 10 ]ホエイクリームとバターは、それ自体の風味が強いため、バター風味の食品を作るのに適しています。また、甘いクリームやバターよりも製造コストが安価です。

健康

液体ホエイには、乳糖、ビタミン、タンパク質、ミネラル、微量の脂肪が含まれています。

2005年にスウェーデンのルンド大学の研究者らは、ホエイがインスリン分泌を増加させることで2型糖尿病患者の血糖値の急上昇を抑制し、調節するのに役立つことを発見した。[ 29 ]

乳製品は、比較的低い血糖指数（GI 15～30）から予想されるよりも高いインスリン反応（インスリン指数II 90～98）を引き起こします。[ 30 ] [ 31 ]乳製品によるインスリン生成効果は、単独の食事として摂取した場合、[ 32 ]および混合食事に含めた場合の両方で健康な被験者で観察されています。[ 33 ] [ 34 ]乳製品のインスリン放出能力は、タンパク質画分、特にホエイ画分に起因し、消化中にその後アミノ酸が放出されることが、牛乳のインスリン生成特性の根底にあると提案されています。[ 35 ]

ホエイには乳糖が含まれているため、乳糖不耐症の人は摂取を避けるべきです。食品添加物として使用された場合、ホエイにはほとんどの乳糖不耐症の人の許容レベルをはるかに超える量の乳糖が含まれる可能性があります。また、ホエイやその他の乳タンパク質にアレルギー反応を起こす人もいますが、ホエイタンパク質は高温で変化するため、ホエイに敏感な人でも、エバミルク、煮沸乳、殺菌乳であれば摂取できる可能性があります。ハードチーズはカゼインを多く含み、ホエイタンパク質は少なく、ホエイタンパク質アレルギーの人にとって最もアレルギー反応を起こしにくいチーズです。しかし、カゼインタンパク質（熱安定性）はチーズの中で最も重要なアレルゲンであり、どちらか一方、あるいは両方のタンパク質にアレルギー反応を起こす人もいます。[ 36 ]

根拠のない健康主張

2010年、欧州食品安全機関（EFSA）の専門委員会は、ホエイプロテインに関する健康強調表示を審査しました。以下の強調表示については、その効果に関する参考文献が示されていなかったか、提示された研究でその主張が検証されていなかったか、あるいは矛盾する結果が報告されていました。[ 18 ]

  • 満腹感の増加によりエネルギー摂取量が減少
  • 正常体重の維持または達成への貢献
  • 筋肉量の増加または維持（他のタンパク質源と比較して）
  • エネルギー制限と筋力トレーニング中の除脂肪体重の増加（他のタンパク質源と比較して）
  • エネルギー制限および筋力トレーニング中の体脂肪量の減少（他のタンパク質源と比較して）
  • 筋力の向上（他のタンパク質源と比較して）
  • 激しい運動後の次の運動中の持久力の向上
  • 骨格筋組織の修復（他のタンパク質源と比較して）
  • 運動後の筋肉疲労からの回復が早い（他のタンパク質源と比較して）。

筋肉量と筋力に関する研究では、ホエイプロテインが他のタンパク質源と比較されました。これは重要な点です。なぜなら、タンパク質は筋肉の構築に不可欠であり、この研究ではホエイプロテインが他のタンパク質源よりも筋力と筋肉量の向上に優れているわけではないことが証明されたからです。

提示されたデータに基づき、2010 年の委員会は、ホエイ プロテインの摂取とこれらの主張との間の因果関係は確立されていないと結論付けました。

環境への影響と廃棄物管理

世界のチーズ産業は、年間約1億6000万立方メートルのホエイ（乳清）を生産しています。このうち相当部分は付加価値製品に加工されていますが、約42%は未利用のまま残っており、多くの場合、低価値の家畜飼料や肥料として利用されたり、水域に直接排出されたりしています。[ 37 ]ホエイは有機物負荷量（50～80g COD/L）が高く、栄養分（窒素およびリン）も豊富であるため、不適切な廃棄は水生生態系の富栄養化の重大なリスクをもたらします。[ 38 ]

嫌気性処理と共消化

嫌気性消化は、その高い生分解性（約99%）から、チーズホエーの処理に広く用いられている方法です。機械撹拌式嫌気性連続バッチリアクター（ASBR）は、有機物除去効率が90%を超えることを示しています。しかし、このプロセスでは、安定性を維持し、高有機負荷時に粘性ポリマーの形成によって引き起こされる粒状バイオマスの浮上を防ぐために、アルカリ度の慎重な制御（多くの場合、重炭酸ナトリウムの添加）が必要です。[ 39 ]

エネルギー回収率を向上させるため、単一消化の限界を克服する共消化戦略が開発されてきた。Lovatoら（2018）の研究では、チーズホエーとバイオディーゼル産業の主要な副産物であるグリセリンを共消化することで、バイオ水素生産を大幅に向上できることが実証された。この研究では、接種前処理と微量栄養素の補給を行えば、これらの共消化システムにおける水素生産には中温条件（30℃）が最適であることが示された。[ 40 ]

さらなる進歩は、酸生成（水素生成）段階とメタン生成（メタン生成）段階を分離する二段階嫌気性消化システムに焦点が当てられています。Lovatoら（2020）による比較研究では、ホエイとグリセリンの混合物を処理する二段階システムは、従来の一段階メタン生成システムよりもエネルギー的に実現可能であり、より高い正味エネルギー収量をもたらすことが確認されました。[ 41 ]さらに、これらの二段階システムを好熱条件（55℃）で運転することは、実規模アプリケーションのための堅牢な戦略として検証されており、一段階構成と比較して高い有機負荷率と最適なエネルギー回収を可能にします。[ 42 ]

価値向上と循環型経済

乳製品業界における最近の動向は、循環型経済へのアプローチに焦点を当てており、ホエイ処理工場をバイオリファイナリーへと転換しています。バイオガスのみを生産するのではなく、酸発酵に適したプロセスに調整することで、カルボキシレートプラットフォームを介して揮発性脂肪酸（VFA）を生産することが可能です。[ 43 ]最近の研究では、接種物に熱処理とアルカリ前処理を施すことでメタン生成を効果的に抑制し、バイオプラスチックやその他の化学物質の貴重な前駆体となるVFAの蓄積を促進できることが示唆されています。[ 44 ]

嫌気性消化と微細藻類培養を組み合わせた統合システムも提案されている。これらの「閉ループ」シナリオでは、栄養豊富な消化液は微細藻類バイオマス生産の基質として利用され、バイオ燃料や高付加価値顔料として収穫されると同時に、窒素とリン（例えばストルバイトとして）も回収される。[ 45 ]

参照

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