Lait 72 (1992) 511-531
DOI: 10.1051/lait:1992637

Microfluidization of dairy model emulsions. I. Preparation of emulsions and influence of processing and formulation on the size distribution of milk fat globules

O. Robin, V. Blanchot, J.C. Vuillemard and P. Paquin

Université Laval, Sainte-Foy, centre de recherche en sciences et technologies du lait (STELA), département de sciences et technologie des aliments, (Québec), Canada G1K7P4

(Received 1st July 1992; accepted 17 September 1992)

Abstract - The influence of certain process variables (pressure and temperature) as well as composition variables (fat, protein and low molecular weight emulsifier concentrations) on the size distribution of milk fat globules was studied in a dairy model emulsion (oil-in-water) produced by microfluidization, a mechanical emulsification technique. The use of a central composite experimental design allowed us to obtain 2 nonlinear multiple regression equations relating the volume-weighted average diameter of the fat globules (d_v) as well as the relative size distribution width (cv) to the emulsification pressure (7.8-76.3 MPa) and temperature (35-100 °C), and to sodium caseinate (0.5-3.9 wt%), butter oil (5.2-14.7 wt%) and monoglyceride (0.08-0.88 wt%) concentrations. These 2 functions account respectively for 93.7 and 81.7% of the variation in the average diameter and in the size distribution width of the microfluidized fat globules and were used to explain certain interactions between the different variables affecting the size of the microfluidized fat globules. They were also used to demonstrate the existence of the optimal conditions that correspond to the extremes of the average particle diameter and of the distribution width of the fat globules. Finally, these 2 functions allowed us to predict fat globule size parameters as a function of process and formulation conditions.

Résumé - Microfluidisation d'émulsions laitières modèles. I. Préparation des émulsions et influence des facteurs de procédé et de formulation sur la distribution de la taille des globules de gras
L'influence de certaines variables opératoires (pression et température) et des variables de composition (teneurs en huile de beurre, en protéine et en émulsifiant de faible poids moléculaire) sur la distribution de la taille des globules de gras d'une émulsion laitière modèle (huile dans l'eau) a été étudiée pour une technologie d'émulsification mécanique donnée : la microfluidisation. L'utilisation d'un dispositif expérimental central composite a permis l'obtention de 2 équations de régression multiple non linéaires reliant le diamètre moyen des globules de gras (d_v) ainsi que l'étendue relative de la dispersion des tailles (cv) à ta pression (7,8-76,3 MPa) et à la température d'émulsification (35-100 °C), aux teneurs en caséinate de sodium (0,5-3,9% de la masse totale), en huile de beurre (5,2-14,7%) et en monoglycéride (0,08-0,88%). Ces 2 fonctions expliquent respectivement 93,7% et 81,7% des variations du diamètre moyen des globules de gras microfluidisés et de l'étendue relative de la distribution des tailles dans les valeurs considérées des paramètres. Ces fonctions ont en outre permis d'expliquer certaines interactions entre les différentes variables précitées sur la distribution de la taille des globules de gras microfluidisés. Elles ont également permis de mettre en évidence l'existence de conditions optimales correspondant à des extremums du diamètre particulaire moyen et de l'étendue de la distribution de la taille des globules de gras. Finalement, ces 2 fonctions nous ont permis de prédire la distribution de la taille des globules de gras en fonction des conditions de procédés et de formulation.

Key words: emulsification / microfluidization / oil-in-water emulsion / fat globule

Mots clés : émulsification / microfluidisation / émulsions huile dans l'eau / globules de gras