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Issue
Lait
Volume 83, Number 1, January-February 2003
Page(s) 45 - 59
DOI https://doi.org/10.1051/lait:2002049
Lait 83 (2003) 45-59
DOI: 10.1051/lait:2002049

Physicochemical characterization of calcium-supplemented skim milk

Marine Philippe, Frédéric Gaucheron, Yvon Le Graet, Françoise Michel and Anita Garem

Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière, INRA, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
(Received 27 July 2001; accepted 1 September 2002)

Abstract
Addition of CaCl2 to skim milk, from 0 to 13.5 mmol $\cdot$kg-1, leads to significant physicochemical changes in milk salts equilibrium. Indeed, acidification, insolubilizations of calcium, inorganic phosphate and citrate are observed. Calculation of ion equilibria in the resulting milk ultrafiltrates indicates that the observed ion migrations, controlled by solubilities of calcium-phosphate and calcium-citrate, do not cause change in ion activity products of dicalcium-phosphate (calculated as CaHPO $_4 \cdot$ 2H2O and Ca(HPO4)0.7(PO4)0.2). In the same way, the acidification of calcium-supplemented milks in the range of pH 6.7-3.5 shows a solubilization of calcium-phosphate similar to non-enriched milk. So whatever the added calcium concentration, the behaviour of colloidal calcium-phosphate seems to be unchanged. However, at room temperature, addition of calcium to milk originates a decrease in soluble casein concentration and tightly bound water of ultracentrifuged pellets. The consequences are (i) an increase in milk protein hydrophobicity; (ii) a decrease in zeta potential of casein micelles, without modification of their hydrodynamic diameter; and (iii) an increase in milk lightness and turbidity. Furthermore, calcium supplementation of milk seems to lead to a proteinic reorganization of micellar casein, responsible for an increase in micellar density.

Résumé
Caractérisation physicochimique d'un lait écrémé enrichi en calcium. L'addition de CaCl2 à du lait écrémé, pour des concentrations allant de 0 à 13,5 mmol $\cdot$kg-1, induit d'importants changements physicochimiques du lait. En effet, une acidification, une insolubilisation du calcium, du phosphate inorganique et du citrate sont observées. Le calcul des équilibres ioniques dans les ultrafiltrats des différents laits montre que les flux ioniques observés, contrôlés principalement par les solubilités du phosphate et du citrate de calcium, ne modifient pas les produits d'activité ionique du phosphate dicalcique (calculés pour CaHPO4,2H2O et Ca(HPO4)0,7(PO4)0,2). De la même manière, l'acidification de ces laits supplémentés en calcium entre pH 6,7 et 3,5 montre une solubilisation du phosphate de calcium similaire à celle d'un lait non enrichi. Quelle que soit la concentration en calcium ajouté, le comportement du phosphate de calcium colloïdal semble donc inchangé. Par ailleurs, l'addition de calcium à du lait écrémé est responsable, à température ambiante, d'une diminution de la concentration en caséines ultracentrifugeables et de l'eau fortement liée aux culots d'ultracentrifugation. Les conséquences sont (i) une augmentation de l'hydrophobicité des protéines laitières; (ii) une diminution du potentiel zéta des micelles de caséines, sans modification de leur diamètre hydrodynamique; et (iii) une augmentation de la blancheur et de la turbidité du lait. Une supplémentation en calcium du lait conduirait également à un réarrangement protéique au sein des micelles de caséines, responsable d'une augmentation de la densité micellaire.


Key words: Milk / calcium / physicochemical characterization / calcium phosphate / acidification / supplementation

Mots clés : Lait / calcium / caractérisation physicochimique / phosphate de calcium / acidification / supplémentation

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