Mineral partitioning of milk under various conditions in relation to heat stability

Abstract

Medium heat skim milk powder (SMP) was reconstituted to 20% and 25% total solids and 6 calcium chelating agents were added at 6 levels of concentration (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5% w/w): ethylene diamine tetraacetic acid tetrasodium salt (EDTA-T), sodium hexametaphosphate (SHMP), disodium hydrogen orthophosphate (DSHP), sodium dihydrogen orthophosphate (SDHP), trisodium citrate (TSC) and ethylene diamine tetraacetic acid disodium salt (EDTA-di). Samples were sterilised at 115°C for 15 min, pH, [Ca2+] and kinematic viscosity were assessed before and after heat treatment after the addition of calcium chelating agents. SMP reconstituted to 25% total solids (TS) showed poor heat stability in comparison to that reconstituted to 20% TS, which was heat-stable. The increase of total solids affected [Ca2+] and kinematic viscosity but not the pH, with 25% TS samples showing higher viscosity but lower [Ca2+] than those at 20% TS. In-can sterilisation at 115°C for 15 min resulted in a decrease in pH and [Ca2+] and an increase in kinematic viscosity, when these values were compared with those before the heat treatment. Heat stable samples showed [Ca2+] ranging from 0.41 - 1.39 mM for 20% TS and 0.47 - 1.20 mM for 25% TS while their lowest pH value was 6.51 and 6.47 respectively. The addition of EDTA-T, SHMP (<0.3%), DSHP and TSC improved the heat stability of medium-heat SMP reconstituted to 25% TS reducing [Ca2+] and increasing pH. In contrast, the presence of SHMP (>0.3%), SDHP and EDTA-di caused an increase in [Ca2+] and a decrease in pH, which promoted heat instability. When milk samples were fractionated by ultracentrifugation (UC) and ultrafiltration (UF), pH values were not statistically different, however the concentrations of soluble minerals were slightly higher after UC. Properties of the soluble phase were investigated by dialysis at high temperatures. Dialysis was performed on SMP reconstituted to 9, 15, 20 and 25% TS, at 20, 80, 90, 100 and 115°C, using membranes of 12-14 and 250 kDa. Dialysis was performed so as not to affect milk composition and this was found to be the case. Larger MWCO membrane resulted in a higher pH, total P and Ca and a lower [Ca2+] as well as freezing poin depression. SDS-PAGE of the dialysates coming from 250 kDa showed that α-lactalbumin, β-lactoglobulin, α-casein and β-casein were not detected when temperature exceeded 80°C, whereas κ-casein was detected only at 80°C but was not found as temperature increased further.

Το αποβουτυρωμένο γάλα σε σκόνη μέσης θερμότητας (SMP) ανασυστάθηκε σε 20% και 25% ολικά στερεά και προστέθηκαν 6 χηλικοί παράγοντες ασβεστίου σε 6 επίπεδα συγκέντρωσης (0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 και 0. 5% κ.β.): τετρανατριούχο άλας τετραοξικού οξέος αιθυλενοδιαμίνης (EDTA-T), εξαμεταφωσφορικό νάτριο (SHMP), ορθοφωσφορικό υδρογονανθρακικό νάτριο (DSHP), διυδρογονανθρακικό ορθοφωσφορικό νάτριο (SDHP), κιτρικό τρισόξινο νάτριο (TSC) και δινατριούχο άλας τετραοξικού οξέος αιθυλενοδιαμίνης (EDTA-di). Τα δείγματα αποστειρώθηκαν στους 115°C για 15 λεπτά, το pH, το [Ca2+] και το κινηματικό ιξώδες αξιολογήθηκαν πριν και μετά τη θερμική επεξεργασία μετά την προσθήκη χηλικών παραγόντων ασβεστίου. Το SMP που ανασυστάθηκε σε 25% ολικά στερεά (TS) παρουσίασε χαμηλή θερμική σταθερότητα σε σύγκριση με εκείνο που ανασυστάθηκε σε 20% TS, το οποίο ήταν θερμοσταθερό. Η αύξηση των ολικών στερεών επηρέασε το [Ca2+] και το κινηματικό ιξώδες αλλά όχι το pH, με τα δείγματα με 25% TS να παρουσιάζουν υψηλότερο ιξώδες αλλά χαμηλότερο [Ca2+] από εκείνα με 20% TS. Η αποστείρωση σε δοχείο στους 115°C για 15 λεπτά είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του pH και του [Ca2+] και την αύξηση του κινηματικού ιξώδους, όταν οι τιμές αυτές συγκρίθηκαν με εκείνες πριν από τη θερμική επεξεργασία. Τα θερμικά σταθερά δείγματα παρουσίασαν [Ca2+] που κυμαίνονταν από 0,41 - 1,39 mM για 20% TS και 0,47 - 1,20 mM για 25% TS, ενώ η χαμηλότερη τιμή του pH τους ήταν 6,51 και 6,47 αντίστοιχα. Η προσθήκη EDTA-T, SHMP (<0,3%), DSHP και TSC βελτίωσε τη θερμική σταθερότητα του SMP μέσης θερμότητας που ανασυστάθηκε σε 25% TS μειώνοντας το [Ca2+] και αυξάνοντας το pH. Αντίθετα, η παρουσία SHMP (>0,3%), SDHP και EDTA-di προκάλεσε αύξηση του [Ca2+] και μείωση του pH, γεγονός που προώθησε τη θερμική αστάθεια. Όταν τα δείγματα γάλακτος κλασματοποιήθηκαν με υπερφυγοκέντρηση (UC) και υπερδιήθηση (UF), οι τιμές του pH δεν διέφεραν στατιστικά, ωστόσο οι συγκεντρώσεις των διαλυτών ανόργανων συστατικών ήταν ελαφρώς υψηλότερες μετά την UC. Οι ιδιότητες της διαλυτής φάσης διερευνήθηκαν με διάλυση σε υψηλές θερμοκρασίες. Η διάλυση πραγματοποιήθηκε σε SMP που ανασυστάθηκε σε 9, 15, 20 και 25% TS, στους 20, 80, 90, 100 και 115°C, χρησιμοποιώντας μεμβράνες 12-14 και 250 kDa. Η αιμοκάθαρση πραγματοποιήθηκε έτσι ώστε να μην επηρεαστεί η σύνθεση του γάλακτος και αυτό διαπιστώθηκε. Μεγαλύτερη μεμβράνη MWCO είχε ως αποτέλεσμα υψηλότερο pH, ολικό P και Ca και χαμηλότερο [Ca2+], καθώς και καταστολή του poin κατάψυξης. Η SDS-PAGE των διαλυμάτων που προέρχονταν από 250 kDa έδειξε ότι η α-λακταλβουμίνη, η β-λακτοσφαιρίνη, η α-καζεΐνη και η β-καζεΐνη δεν ανιχνεύονταν όταν η θερμοκρασία υπερέβαινε τους 80°C, ενώ η κ-καζεΐνη ανιχνεύθηκε μόνο στους 80°C αλλά δεν βρέθηκε καθώς η θερμοκρασία αυξανόταν περαιτέρω.