Original article

Fat supramolecular structure in fat-filled dairy powders: A tool to adjust spray-drying temperatures

根据加脂乳粉中脂肪分子结构调整喷雾干燥的温度

Structure supramoléculaire de la matière grasse dans les poudres enrichies : un outil de décision pour ajuster les températures de séchage

¹ INRA, UMR1253, F-35000 Rennes, France
² Agrocampus Ouest, UMR1253, F-35000 Rennes, France
³ CNRS, Nancy-Université, UMR7564, Laboratoire de Chimie Physique et de Microbiologie pour l’Environnement, F-54600 Villers-lès-Nancy, France

^* Corresponding author (通讯作者): Pierre.Schuck@rennes.inra.fr

Received: 29 June 2009
Revised: 30 October 2009
Accepted: 1 December 2009

Abstract

Despite the increasing economic impact of fat-filled dairy powders, their manufacture is still empirical. The aim of the study was to understand the mechanisms responsible for fat supramolecular structure in such a dry matrix. For the purpose, emulsions were obtained under controlled manufacturing conditions. Then, they were dried under different inlet air temperatures, leading to different drying kinetics. Fat droplet size was determined in both emulsions and powders. Free fat and surface fat were assessed to characterize fat in the resulting powders. Confocal laser scanning microscopy was used to characterize fat supramolecular structure in situ in the powder particles. Results showed that fat supramolecular structure in fat-filled dairy powders was connected with drying air temperatures, not necessarily with drying kinetics. Inlet air temperature and consequently temperature of the drying droplet had the most significant influence. Such a study considering drying air temperatures and kinetics is essential in elucidating the mechanisms of free fat formation and the presence of fat at the surface of powder particles. Mechanisms underlying fat supramolecular structure in fat-filled dairy powders are proposed: They can be used as a tool to adjust spray-drying air temperatures and kinetics.

摘要

尽管加脂乳粉的经济效益不断增加，但是加脂乳粉的工业化生产完全是一种经验式的生产。本文目的是研究在加脂乳粉基质中脂肪超分子结构形成机制。基于这一目的，在特定条件下制备乳浊液，然后将乳浊液在不同的进口空气温度下干燥，产生了不同的干燥动力学。分别测定了乳浊液和乳粉的脂肪液滴尺寸。根据游离脂肪表面脂肪来评价最终乳粉脂肪的特性。采用激光共聚焦显微镜观测了乳粉中原位上的脂肪超分子结构。实验结果表明加脂乳粉中脂肪超分子结构与干燥空气的温度有关，而与干燥动力学无关。液滴的进口空气温度和干燥温度对其影响最大。研究证明干燥空气温度和干燥动力学可以用来解释游离脂肪和干粉颗粒表面脂肪的形成机制。因此，在加脂乳粉工业生产中，可以根据脂肪超分子结构形成的机制来调整喷雾干燥的温度和干燥动力学。

Résumé

Malgré l’intérêt économique croissant pour les poudres laitières enrichies en matière grasse, leur fabrication reste empirique à ce jour. L’objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes sous-jacents à la structuration supramoléculaire de la matière grasse dans ce type de poudre. Pour cela, des émulsions ont été fabriquées dans des conditions maîtrisées. Elles ont ensuite été séchées avec différentes températures d’air d’entrée, donnant lieu à différentes cinétiques de séchage. La taille des gouttelettes de matière grasse a été mesurée dans les émulsions et les poudres réhydratées. La matière grasse libre et la matière grasse de surface ont été mesurées pour caractériser la matière grasse dans les poudres. La microscopie confocale à balayage laser a été utilisée pour caractériser la structure supramoléculaire de la matière grasse in situ dans les grains de poudre. Les résultats montrent que la structure supramoléculaire de la matière grasse dans les poudres enrichies est corrélée aux températures d’air de séchage, mais pas systématiquement aux cinétiques de séchage. La température d’air d’entrée et par là, la température de la gouttelette de produit en train de sécher, ont l’influence la plus significative. Une telle étude des températures d’air et des cinétiques de séchage est essentielle dans la compréhension des mécanismes de formation de la matière grasse libre et la présence de matière grasse en surface des grains de poudres. Les mécanismes de formation de la structure supramoléculaire de la matière grasse dans les poudres enrichies sont proposés. Ils peuvent être utilisés comme un outil de décision pour orienter les températures d’air et les cinétiques de séchage.