Dairy Sci. Technol. 89 (2009) 501-510
DOI: 10.1051/dst/2009026

Effect of milk solids concentration on the pH, soluble calcium and soluble phosphate levels of milk during heating

Skelte G. Anema

Fonterra Research Centre, Private Bag 11029, Palmerston North, New Zealand

Received 23 December 2008 – Revised 16 April 2009 – Accepted 12 May 2009 - Published online 25 July 2009

Abstract - When milk is processed to dairy products, the concentration of the milk and the temperature/time combinations to which the milk is exposed can be varied. For example, large differences in milk concentrations and temperature/time combinations are used in the manufacture of milk powder or the various concentrated liquid milk products. Although the milk salts, particularly the concentrations and equilibrium states of calcium and inorganic phosphate, are considered to be important in the stability and functionality of dairy products, there have been few studies on the mineral balance in concentrated milk systems and how this is affected by temperature changes. The objective of this study was to examine the effect of milk concentration (9.6–38.4% w/w total solids), temperature (20–80 °C) and time (0–60 min) on the pH and the concentrations of soluble calcium (Ca_sol) and soluble inorganic phosphate (P_sol). At any given temperature, the level of Ca_sol and P_sol, as mmolkg^-1, increased and the pH decreased as the milk concentration was increased. However, when measured as a percentage of the total, the level of Ca_sol and P_sol decreased as the milk concentration was increased. At any given milk concentration, the level of Ca_sol, P_sol and milk pH decreased within the first few minutes of heating, with little further change at longer heating times. For milk samples at each concentration, there was a strong correlation between the final Ca_sol and the final P_sol at all temperatures. At any particular milk concentration, there was a strong correlation between the final milk pH and the final Ca_sol or the final P_sol levels. These results indicate that substantial decreases in milk pH, Ca_sol and P_sol can occur at the temperatures milk will experience in common commercial processes, and the extent of the changes will be dependent on the milk concentration and the processing conditions.

Résumé - Effet de la concentration du lait en matière sèche sur le pH et les taux de calcium et phosphate solubles au cours du chauffage.
Lorsque le lait est transformé en produits laitiers, la concentration du lait et les combinaisons température/temps auxquelles le lait est exposé sont variables. Par exemple, de grandes différences de concentrations du lait et de combinaisons température/temps sont utilisées dans la fabrication de poudre de lait ou de laits concentrés. Bien que les minéraux du lait, particulièrement les concentrations et états d'équilibre du calcium et phosphate inorganique, soient considérés comme importants dans la stabilité et les fonctionnalités des produits laitiers, il y a eu peu d'études sur la balance minérale dans les systèmes laitiers concentrés et sur sa modification par les changements de température. L'objectif de cette étude était d'examiner l'effet de la concentration du lait (9,6 à 38,4 % p/p de matière sèche totale), de la température (20–80 °C) et du temps (0 à 60 min) sur le pH et les concentrations en calcium soluble (Ca_sol) et phosphate inorganique (P_sol). À chaque température testée, le taux de Ca_sol et de P_sol (mmolkg^-1) augmentait et le pH diminuait lorsque la concentration du lait augmentait. Cependant, lorsqu'il était exprimé en pourcentage du total, le taux de Ca_sol et P_sol diminuait quand la concentration du lait augmentait. À chaque concentration du lait, le taux de Ca_sol et P_sol et le pH du lait diminuaient au cours des premières minutes de chauffage avec peu de changement ultérieur pour des durées de chauffage plus longues. À chaque concentration du lait, il y avait une corrélation forte entre le Ca_sol final et le P_sol final à toutes les températures. À chaque concentration du lait il y avait une corrélation forte entre le pH final du lait et les taux finaux de Ca_sol et P_sol. Ces résultats indiquent que des diminutions substantielles du pH du lait, du Ca_sol et du P_sol peuvent survenir aux températures auxquelles le lait est soumis dans les procédés commerciaux habituels, et l'étendue de ces changements dépendent de la concentration du lait et des conditions de traitement.

Key words: milk / calcium / phosphate / pH / concentration / temperature

Mots clés : lait / calcium / phosphate / pH / concentration / température

Corresponding author: skelte.anema@fonterra.com

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