Review

Determination of the diffusion coefficients of small solutes in cheese: A review

干酪中少量溶质扩散系数的测定-综述

Détermination des coefficients de diffusion de petits solutés dans le fromage : une synthèse

¹ INRA, UMR1253, F-35000 Rennes, France
² AGROCAMPUS OUEST, UMR1253, F-35000 Rennes, France
³ Université Européenne de Bretagne, France

^* Corresponding author (通讯作者): Juliane.Floury@agrocampus-ouest.fr

Received: 6 July 2009
Revised: 15 December 2009
Accepted: 2 February 2010

Abstract

In cheese technology, the mass transfer of small solutes, such as salt, moisture and metabolites during brining and ripening, is very important for the final quality of the cheese. This paper has the following objectives: (i) to review the data concerning the diffusion coefficients of solutes in different cheese types; (ii) to review the experimental methods available to model the mass transfer properties of small solutes in complex matrices such as cheese; and (iii) to consider some potential alternative approaches. Numerous studies have reported the transfer of salt in cheese during brining and ripening. Regardless of the type of cheese and its composition, the effective diffusion coefficients of salt have been reported to be between 1 and 5.3 × 10⁻¹⁰ m²·s⁻¹ at 10–15 °C. However, few papers have dealt with the mass transfer properties of other small solutes in cheese. Most of the reported effective diffusion coefficient values have been obtained by macroscopic and destructive concentration profile methods. More recently, some other promising techniques, such as nuclear magnetic resonance, magnetic resonance imaging or fluorescence recovery after photobleaching, are currently being developed to measure the mass transfer properties of solutes in heterogeneous media at microscopic scales. However, these methods are still difficult to apply to complex matrices such as cheese. Further research needs to focus on: (i) the development of non-destructive techniques to determine the mass transfer properties of small solutes at a microscopic level in complex matrices such as cheese; and (ii) the determination of the mass transfer properties of metabolites that are involved in enzymatic reactions during cheese ripening.

摘要

在干酪技术中，通过盐渍和成熟过程的控制来调整少量溶质 (盐、水分和代谢产物) 的传质，将对最终干酪的质量具有非常重要的作用。本文综述了溶质在不同类型干酪中的扩散系数，以及综述了少量溶质在干酪这一复杂基质中质量传递的数学模型。关于盐渍和成熟过程盐的迁移已有大量的文献报道，无论是何种类型的干酪，盐的有效扩散系数在 1 ~ 5.3 × 10⁻¹⁰ m²·s⁻¹ (10 ~ 15 °C) 范围内。但是关于干酪中其他少量溶质传质特性的报道非常有限。大多数的有效扩散系数是通过显微镜或者破坏性浓度分布曲线的方法获得。一些新的测定技术，如核磁共振、磁共振成像或者光脱色荧光恢复技术等已经在显微技术的水平下用于测定不同介质中溶质的质量传递特性。然而，这些技术还很难应用于象干酪这样复杂的介质中。将来的研究将主要在：(i) 基于干酪这一复杂介质，在显微水平下采用非破坏性分析技术测定少量溶质的质量传递性质；(ii) 测定干酪成熟过程中代谢产物的质量传递特性。

Résumé

En technologie fromagère, le transfert de petits solutés, tels que le sel, l’eau et les métabolites au cours du saumurage et de l’affinage, joue un rôle majeur sur la qualité finale du fromage. Cette revue bibliographique a pour objectifs principaux : (i) de faire le bilan des valeurs publiées des coefficients de diffusion de différents solutés dans les fromages ; (ii) de passer en revue les méthodes expérimentales disponibles pour déterminer les propriétés de transfert des petits solutés dans des milieux complexes comme le fromage ; (iii) de considérer les méthodes alternatives potentiellement applicables aux fromages. Dans la littérature, de nombreuses études ont été publiées au sujet du transfert de sel dans les fromages au cours du saumurage et de l’affinage. En fonction du type de fromage et de sa composition, les coefficients de diffusion effectifs du sel sont compris entre 1 et 5,3 × 10⁻¹⁰ m²·s⁻¹ à des températures comprises entre 10 et 15 °C. Très peu d’études concernant les propriétés de transfert d’autres petits solutés dans les fromages ont été publiées. La plupart des coefficients de diffusion effectifs ont été obtenus à l’aide de la méthode classique dite « des profils de concentration », méthode macroscopique présentant l’inconvénient d’être destructive. D’autres techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire, l’imagerie par résonance magnétique ou la redistribution de fluorescence après photo-blanchiment sont actuellement développées pour mesurer des propriétés de transfert de matière de solutés à une échelle microscopique. Cependant, elles sont encore difficilement applicables aux matrices complexes comme le fromage. Les perspectives en matière de recherche dans ce domaine sont donc les suivantes : (i) le développement de nouvelles techniques expérimentales pour modéliser à l’échelle microscopique les propriétés de transfert de solutés dans des milieux complexes comme le fromage ; (ii) la détermination des propriétés de transfert des métabolites impliqués dans les réactions enzymatiques pendant l’affinage du fromage.