Dairy Sci. Technol. 88 (2008) 81-94
DOI: 10.1051/dst:2007009

Effects of cysteine addition and heat treatment during non-fat dry milk processing on the plasmin enzyme system

Devon Durkee and Kirby Hayes

Department of Food Science, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA

(Published online: 21 February 2008)

Abstract - The objective of this study was to measure the effects of cysteine addition and heat treatment on plasmin (PL) activity and plasminogen (PG) activation in reconstituted non-fat dry milk (NFDM). Cysteine was added to a final concentration of 0.16 mgmL^-1 to raw, defatted milk and pasteurized at 72 °C for 15 s (low heat, LH) or 100 °C for 30 s (medium heat, MH) prior to spray drying. Both MH fluid milk and NFDM had no PL activity or PG activation, regardless of cysteine addition. For both LH fluid milk and NFDM, there was a significant decrease in PL activity upon cysteine addition (P < 0.0001 for both), as well as in PG activation (P = 0.0003 for fluid milk, P < 0.0001 for NFDM), likely due to the polymerization of PG or binding of PL and PG with other milk proteins. Upon storage of reconstituted powders at 21 °C and 4 °C, PL activity increased with a complimentary decrease in PG-derived PL activity in LH samples, though these changes slowed in samples with added cysteine. Urea-PAGE showed proteolysis of -casein consistent with PL activities in LH samples. No PL or PG-derived PL activities or proteolysis were observed in stored MH samples. These results suggest that the addition of cysteine prior to the pasteurization and manufacture of LH-NFDM significantly decreases the potential for proteolysis during storage of reconstituted powder caused by the PL enzyme system.

Résumé - Effets de l'addition de cystéine et du traitement thermique au cours de la fabrication de poudre de lait écrémé sur le système enzymatique plasmine
L'objectif de cette étude était de mesurer les effets de l'addition de cystéine et du traitement thermique sur l'activité de la plasmine et sur l'activation du plasminogène dans des laits écrémés en poudre reconstitués. La cystéine était ajoutée à une concentration finale de 0,16 mgmL^-1 à du lait cru écrémé et pasteurisé à 72 °C-15 s ("low heat", LH) ou 100 °C-30 s ("medium heat", MH) avant séchage par atomisation. Le lait MH n'avait pas d'activité plasmine ou d'activation du plasminogène, indépendamment de l'addition de cystéine. Pour le lait LH, il y avait une diminution significative de l'activité plasmine après addition de cystéine (P < 0,0001), ainsi que de l'activation du plasminogène (P = 0,0003 pour le lait avant séchage, P < 0,0001 pour le lait reconstitué), probablement due à la polymérisation du plasminogène ou à la liaison de la plasmine et du plasminogène à d'autres protéines laitières. Au cours du stockage à 21 °C et 4 °C, l'activité plasmine augmentait tandis que celle dérivée du plasminogène diminuait dans les échantillons LH, ces changements étant cependant radicalement ralentis dans les échantillons avec ajout de cystéine. L'électrophorèse urée-PAGE montrait une protéolyse de la caséine en accord avec les activités plasmine dans les échantillons LH. Aucune activité plasmine ou plasmine dérivée du plasminogène ou protéolyse n'était observée dans les échantillons MH au cours du stockage. Ces résultats suggèrent que l'addition de cystéine avant la pasteurisation et la fabrication de poudre LH diminue significativement le risque de protéolyse due au système enzymatique plasmine du lait reconstitué, au cours du stockage de la poudre.

Key words: plasmin / plasminogen / cysteine / heat treatment / non-fat dry milk

Mots clés : plasmine / plasminogène / cystéine / traitement thermique / poudre de lait écrémé

Corresponding author: hayesk@purdue.edu

© INRA, EDP Sciences 2008