Korrelasjoner mellom partikkelstørrelsesfordeling og funksjonelle egenskaper i melkepulver

Abstract

Målet med oppgaven var å identifisere korrelasjoner mellom partikkelstørrelsesfordelingen (PSD) og funksjonelle egenskaper i melkepulver. PSD har parameterne Dx10, Dx50 og Dx90 og de funksjonelle egenskapene er tetthet (fritfallende-, løs- og bulk- tetthet), løselighet, teksturprofilering (hardhet adhesjon og kohesjon) og flytegneskaper (skjærehastighet, skjærspenning og elastisk modulus) i melkepulver. Måling av partikkelstørrelsesfordelingen (PDF) er en rask, stabil og enkel målemetode å gjennomføre. En korrelasjon mellom funksjonelle egenskaper og PSD vil man kunne identifisere kvaliteten til melkepulver og funksjonelle egenskaper raskt og enkelt. I oppgaven ble det brukt 12 melkepulver. Melkepulveret nativ myse ble produser av NMBU mens de resterende ble bestilt fra leverandører. Melkepulverne er momentant myseproteinkonsentrat 80% (IWPC), myseproteinkonsentrat80% (WPC80), skummet melkepulver normal og høyvarmet (SMP og SMPH), kjernemelk pulver (KMP), fløtepulver (FP), micellært kasein (MK), permeatpulver og mysepulver (PP og WP). Permeatpulver og mysepulver ble også testet ved pulver med kvalitetsavvik (PP-KA og WP-KA). Dette studiet innebærer testing av de funksjonelle egenskapene; tetthet som ble målt ved bruk av stampvolumeter, løselighet ved 10 og 25% tørrstoff, flytegenskaper med reometeret UDS200. Fysiske egenskapene PSD ble målt ved bruk av Mastersizer3000 og teksturprofilering ble målt ved bruk av two-bite. Tetthet viser tydelige tegn hvor PSD har en påvirkning på tettheten. Et økende antall små partikler gir en høyere tetthet, og en økning av store partikler ga melkepulver med lavere tetthet. Innhold av Laktose og natrium ga en høyere tetthet mens fett og proteiner ga en lavere tetthet. Hardhet viser å bli påvirket av PSD. En økende Dx10 ga et hardere melkepulver og en PSD med høyere median (Dx50) og støre partikler (Dx90) viser en reduksjon i hardhet. Hardhet ble også påvirket av overflatearealet til partiklene, også kalt [D3,2]. Pulver med stort overflateareal viser en økende hardhet. Dette er relatert til at mindre partikler generelt har et høyere overflateareal og partikler med uregelmessig form vil ha en lavere tetthet. Målingene for hardhet fikk en snittverdi med stort standardavvik grunnet for liten probe (10mm). For måling av hardhet anbefales det å bruke en probe med minimum 20mm. Adhesjon ble det ikke påvist signifikant forskjeller mellom melkepulverne, men viser veldig sterk korrelasjon med PSD. Adhesjon viser å være sterkt påvirket av Dx10 hvor økt antall små partikler (<90 μm) øker adhesjonen. Pulver med store partikler til stede viser en økt adhesjon. Kohesjon øker ved økende antall små partikler til stede og reduseres når PSD har en høy median og økende antall store partikler til stede. Pulver med høyt innhold av laktose og /eller natrium viser en høy kohesjon og pulver med høyt proteininnhold (kasein og eller myse) viser en lav kohesjon, bortsett fra nativ myse. Løseligheten ble påvirket av PSD. Løselighet ved 10% tørrstoff viser økende antall små partikler til stede gir en god løselighet mens ved 25% tørrstoff økte mengde utfelling med økende antall små partikler til stede, grunnet overmetning av løsningen. Melkepulverne FP og MK ble for tykk for utfelling ved 25% tørrstoff De reologiske parameterne er skjærehastighet, skjærespenning og elastisk modulus. Alle tre parameterne har relativt like korrelasjoner opp mot PSD. Parameterne øker i verdi ved et økende antall små partikler til stede. En økt mengde store partikler gir en lavere snittverdi av parameterne. Det er noen unntak som skummet melkepulver og native myse viser lik Dx50 og liten forskjell i Dx90, men nativ myse har en snittverdi nesten hundre ganger større for parameterne. Agglomererte pulver viser seg å være en ugunstig å måle sammen med ikke agglomererte melkepulver. Det agglomererte melkepulveret IWPC endret korrelasjonsmatrisen mye og ble derav fjernet for å redusere støy i datasettet. Egenskaper som hardhet, kohesjon, reologiske parametere og tetthet endret fra en positiv til negativ korrelasjon. Pulver med kvalitetsavvik viser store forskjeller i PSD. Forskjellen viser seg å være relatert til økt antall store partikler. Det kan antas agglomerering av komponenter er grunnen til pulver med kvalitetsavvik viser større partikler til stede.. For permeatpulverne (PP og PP-KA) er det signifikant forskjell for bulktetthet, løselighet, elastisk modulus, hardhet og kohesjon, WP og WP-KA viser signifikant forskjell i løselighet og kohesjon.

The thesis aimed to identify correlations between the particle size distribution (PSD) and functional properties in milk powder. PSD has the parameters Dx10, Dx50 and Dx90 and the functional properties are density (free-falling, loose- and bulk- density), solubility, texture profile analysis (hardness adhesion and cohesion) and flow properties (shear rate, shear stress and elastic modulus) in milk powder. Measurement of the particle size distribution (PDF) is a fast, stable, and easy measurement method to perform. A correlation between functional properties and PSD will identify the quality of milk powder and functional properties quickly and easily.