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Issue
Lait
Volume 85, Number 4-5, July-October 2005
2nd International Symposium on Spray Drying of Milk Products
Page(s) 305 - 314
DOI http://dx.doi.org/10.1051/lait:2005016
Published online 14 June 2005
Lait 85 (2005) 305-314
DOI: 10.1051/lait:2005016

Physical changes in heat-treated whole milk powder

Robert Baechler, Marie-France Clerc, Stéphane Ulrich and Sylvie Benet

Nestlé Research Center, Nestec Ltd., Vers-chez-les-Blanc, CH-1000 Lausanne 26, Switzerland

Abstract - The heat treatment of milk powders during food manufacturing induces physical and chemical modifications that are governed by material phase transitions. The main aim of this work was to describe the heat-induced physical changes occurring in whole milk powder (WMP). The study was based on increasing the water activity (aw) of the powder in order to relate the glass transition temperature (Tg) to the parameters resulting in changes in physical properties. Colour changes in milk powder due to non-enzymatic browning (NEB) were monitored by spectrophotometry based on the CIE L*a*b* function. Changes in particle structure were investigated by scanning electron microscopy (SEM). WMPs at low and high water activities (0.28 and 0.35) were heated in closed tubes and their physical properties (aw, lactose crystallisation and free fat release) monitored. The results showed that the kinetics of lactose crystallisation and the resulting increase in aw were clearly influenced by the Tg, modulated here by the water content of WMP at the time of heat treatment. The kinetics of free fat release was related to the trend of lactose crystallisation. SEM showed that the free fat was released onto the particle surfaces and formed a fat layer covering the lactose crystals. Porosity then resulted inside the powder matrix due to empty cavities formerly occupied by fat globules. In addition, the chemical reactivity of WMP expressed by colour changes showed a delay in triggering the NEB reaction in milk powder at low water content only. The results of this study showed that the heat treatment of WMP under specific process parameters (aw, temperature and time) enables not only modulation of free fat release and browning but also changes in the microstructure of the powder particles.


Résumé - Changements physiques de la poudre de lait entier traitée thermiquement. Le traitement thermique des poudres de lait inhérent à certains procédés de fabrication alimentaire induit des modifications physiques et chimiques, gouvernées par les transitions de phase du matériau. L'objectif principal de ce travail a été de décrire les changements physiques dans la poudre de lait entier (WMP) induits par le traitement thermique. L'approche de cette étude était basée sur l'augmentation de l'activité d'eau (aw) de la poudre afin de relier la température de transition vitreuse (Tg) aux variations de paramètres permettant le changement des propriétés physiques. Le changement de couleur de la poudre de lait dû au brunissement non-enzymatique (NEB) a été mesuré en utilisant la méthode spectrophotométrique basée sur la lecture CIE des fonctions L*a*b*. La modification de la structure des particules a été examinée par microscopie à balayage électronique (SEM). Deux WMP à basse et haute aw (0.28 et 0.35) ont été chauffés dans des tubes hermétiques et les propriétés physiques telles que aw, cristallisation du lactose, matière grasse libre, ont été suivies. Les résultats ont montré que la cinétique de cristallisation du lactose et l'augmentation intrinsèque de l'aw étaient clairement influencées par la valeur de Tg, modulée ici par la teneur en eau de la poudre au moment du traitement thermique. La cinétique de libération de la matière grasse était reliée à l'évolution de la cristallisation du lactose. Les images SEM ont montré que la matière grasse était libérée vers la surface des particules et formait une couche recouvrant les cristaux de lactose. Ainsi, une nouvelle porosité a été créée à l'intérieur des particules, provenant des cavités précédemment occupées par les globules de graisse. De plus, la réactivité chimique du WMP, exprimée ici par l'évolution du brunissement, a montré un retard du démarrage de la réaction NEB pour la poudre à basse teneur en eau uniquement. Les résultats de cette étude montrent qu'un traitement thermique contrôlé du WMP appliqué dans des valeurs de paramètre spécifiques (aw, température, temps) est à même de moduler non seulement la libération de la matière grasse et le brunissement mais aussi la modification de la microstructure de la poudre.


Key words: whole milk powder / heat treatment / free fat / crystallisation / browning

Mots clés : poudre de lait entier / traitement thermique / matière grasse libre / cristallisation / brunissement

Corresponding author: Robert Baechler robert.baechler@rdls.nestle.com

© INRA, EDP Sciences 2005