Note

Rehydration of high-protein-containing dairy powder: Slow- and fast-dissolving components and storage effects

慢速和快速溶解化合物以及贮藏对高蛋白乳粉水合能力的影响

Réhydratation d’une poudre laitière à haute teneur en protéines : effets du stockage et des composants à dissolution rapide ou lente

¹ School of Land, Crop and Food Sciences, The University of Queensland, Hartley Teakle Building, St. Lucia, QLD 4072, Australia
² Centre for Magnetic Resonance, and Australian Institute of Bioengineering and Nanotechnology (AIBN), The University of Queensland, St. Lucia, QLD 4072, Australia
³ Centre for Nutrition and Food Sciences, The University of Queensland, St. Lucia, QLD 4072, Australia

^* Corresponding author (通讯作者): arnaud.mimouni@hotmail.com

Received: 30 March 2009
Revised: 27 November 2009
Accepted: 4 January 2010

Abstract

As dissolution of powdered milk proteins is necessary for the expression of their functional properties, it is regarded as a critical property by the dairy industry. However, milk proteins exhibit a progressive loss of solubility during storage in the dry form, especially in the case of high-protein-containing powders such as milk protein concentrate (MPC). To further understand the mechanisms responsible for this loss of solubility, the rehydration process of MPC powder before and after storage at 23% equilibrium relative humidity and 24 °C for up to two months was studied. This work clearly showed that the storage-induced loss of milk protein powder solubility was due to changed rehydration kinetics and not to the formation of insoluble material in the course of storage. The concentrations of the various constituents of MPC (caseins, whey proteins, lactose, calcium, magnesium, phosphorus, sodium and potassium) were determined in the dispersed phase during the powder dissolution process. The results suggest that the release of micelles from powder particles is the rate-limiting step of the MPC rehydration process and is inhibited upon storage. In contrast, water penetration into the powder particles is shown not to be a rate-limiting factor as molecules larger than water (whey proteins and lactose) were freely released out of the powder structure in both fresh and aged MPCs.

摘要

在乳品工业中，溶解性是乳粉最重要的特性之一。然而在干粉的贮藏期间，乳粉的溶解性逐渐降低，尤其是高蛋白含量的乳粉，如乳清浓缩蛋白。为了掌握和了解这种溶解性降低的机制，研究了贮藏前和在 24 °C、相对平衡湿度为 23% 的条件下贮藏 2 个月的乳清浓缩蛋白的水合过程。研究结果证明了贮藏导致的乳清浓缩蛋白溶解能力降低原因是由于水化动力学机制发生了改变，并不是由于贮藏过程中形成了不溶性的化合物。在乳粉的溶解过程中，测定了分散相中不同乳清浓缩蛋白组分的浓度（酪蛋白、乳清蛋白、乳糖、钙、镁、磷、钠、钾）。酪蛋白胶束从乳粉中释放速度是乳清浓缩蛋白水合作用的限制性因素，而贮藏抑制了这种释放过程。相反，无论是新鲜的还是贮藏后的乳清浓缩蛋白，水分子渗透到乳粉颗粒中的速度不是限制因素，因为，那些比水分子大的分子（乳清蛋白、乳糖）都是游离于乳粉结构的外部。

Résumé

La capacité d’une poudre de protéines laitières à se solubiliser est déterminante pour l’expression des propriétés fonctionnelles des protéines, elle est donc cruciale du point de vue industriel. Pourtant, les protéines de lait subissent une perte pro-gressive de solubilité au cours du stockage sous forme déshydratée, particulièrement dans le cas de poudres à haute teneur en protéines telles que les concentrés de protéines de lait (CPL). Pour mieux comprendre les mécanismes à l’origine de la perte de solubilité de ces poudres, leur processus de réhydratation a été étudié avant puis après un stockage de deux mois à 24 °C sous une humidité relative de 23 %. Ce travail a clairement montré que la perte de solubilité induite lors du stockage était due à un ralentissement de la réhydratation et non à la formation de matériel insoluble. Les concentrations des différents constituants des CPL (caséines, protéines sériques, lactose, calcium, magnésium, phosphore, sodium, potassium) ont été mesurées dans la phase dispersée au cours de la réhydratation des poudres. Les résultats suggèrent que l’étape cinétiquement déterminante de la réhydratation des poudres de CPL est la libération des micelles de caséines dans la phase liquide. En revanche, la pénétration de l’eau dans les grains de poudres n’est pas un facteur limitant. En effet, des molécules plus volumineuses que l’eau (protéines sériques, lactose) diffusaient librement hors de la structure des grains de poudre, avant ou après stockage.