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Issue
Lait
Volume 76, Number 6, 1996
Page(s) 551 - 570
DOI http://dx.doi.org/10.1051/lait:1996643
Lait 76 (1996) 551-570
DOI: 10.1051/lait:1996643

Microfluidization of model dairy emulsions. II. Influence of composition and process factors on the protein surface concentration

O. Robina, M. Kalabb, M. Brittenc and P. Paquina

a  Centre de recherche en sciences et technologies du lait (STELA), Département de sciences et technologies des aliments, université Laval, Québec, PQ, G1K 7P4
b  Centre for Food and Animal Research, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, K1A OC6, ON
c  Centre de recherche des aliments (CRDA), Agriculture Canada, 3600, Blvd Casavant Ouest, Saint-Hyacinthe, J2S 8E3, PQ, Canada

Received 12 February 1996; accepted 25 July 1996

Abstract - The influence of some composition variables (butter oil, sodium caseinate and monoglyceride contents) and process variables (pressure and temperature) on the relative adsorbed protein fraction (Fads, %) and on the protein load ($\Gamma$, mg m-2) of fat globules was studied in a model dairy emulsion (oil-in-water produced by microfluidization). The amount of adsorbed proteins (Fads and $\Gamma$) was evaluated immediately after emulsification by coupling the separation of oil and aqueous phases of the emulsion produced by centrifugation to the determination of protein content. The specific surface area (ASp ) of oil-water interface was obtained by photon correlation spectroscopy after the protein aggregates were dissociated by an appropriate buffer. A central composite experimental design was used to obtain two nonlinear multiple regression equations relating Fads and $\Gamma$ to sodium caseinate (0.5 to 3.9 wt%), butter oil (5.2 to 14.7 wt%) and monoglyceride (0.08 to 0.88 wt%) contents, and to the emulsification pressure (7.8 to 76.3 MPa) and temperature (35 to 100 °C). These two functions explained 92.7 and 90.6% of the variation in Fads and in $\Gamma$, respectively, and made it possible to evaluate the independent influence of each experimental variable. The results indicate that the sodium caseinates (NaCas), as a group, seem much less easily adsorbed than monoglyceride (glycerol monostearate, GMS) molecules when the GMS:NaCas molecular ratio (R) is higher than 5: more numerous and possibly more surface active than proteins, monoglycerides probably settle at the interface quicker than proteins. A qualitative model is also presented to illustrate this possible competition and estimate its influence on the parameters that characterize protein adsorption (Fads and $\Gamma$) and fat globule size (dvs).


Résumé - Microfluidisation d'émulsions laitières modèles. II. Influence des facteurs de procédés et de formulation sur la concentration de protéines à l'interface
L'influence de certaines variables de composition (teneurs en huile de beurre, caséinates de sodium, et monoglycérides) et de procédé (pression et température) sur la fraction de protéines adsorbées à l'interface (Fads, %) et sur la charge protéique ($\Gamma$, mg m-2) des globules gras d'une émulsion produite par microfluidisation a été étudiée. L'évaluation de la quantité de protéines adsorbées (Fads et $\Gamma$) a été réalisée juste après l'émulsification en associant la séparation des phases aqueuse et lipidique de l'émulsion par centrifugation à une détermination de la teneur en protéines. La surface spécifique (Asp) des globules gras a été évaluée par spectroscopie de corrélation photonique après que les agrégats protéiques aient été dissociés dans un tampon approprié. L'utilisation d'un dispositif expérimental de type central composite a permis d'obtenir deux équations de régression multiple non linéaires reliant Fads (%) et $\Gamma$ (mg m-2) aux teneurs en caséinates de sodium (0,5 à 3,9%), huile de beurre (5,2 à 14,7%) et monoglycérides (0,08 à 0,88%), à la pression (7,8 à 76,3 MPa) et à la température d'émulsification (35 à 100 °C). Ces deux fonctions expliquent respectivement 92,7% et 90,6% des variations de la fraction protéique adsorbée et de la charge protéique des globules gras dans l'intervalle de valeurs des paramètres considérés. Les résultats indiquent que les caséinates de sodium (NaCas), en tant que groupe, semblent moins facilement adsorbés que les monoglycérides lorsque le ratio moléculaire GMS:NaCas (R) est supérieur à 5: plus nombreux et peut-être plus tensioactifs que les protéines, les monoglycérides colonisent probablement l'interface plus rapidement que les protéines. Un modèle qualitatif représentant cette possible compétition et son influence sur les paramètres caractérisant l'adsorption protéique (Fads et $\Gamma$) et la taille des globules gras (dvs) est également proposé.


Key words: protein surface adsorption / protein load / protein-surfactant competition / microfluidization / milkfat globule / oil-in-water emulsion / emulsification

Mots clés : adsorption protéique en surface / charge protéique / compétition protéine-surfactant / microfluidisation / globule gras / émulsion huile-dans-l'eau / émulsification


© INRA, EDP Sciences 1996