Lait 85 (2005) 295-304
DOI: 10.1051/lait:2005020

Water activity and glass transition in dairy ingredients

Pierre Schuck^a, Eric Blanchard^b, Anne Dolivet^a, Serge Méjean^a, Evelyne Onillon^b and Romain Jeantet<sup>a

a</sup>  UMR 1253 Science et Technologie du Lait et de l'OEuf, Inra-Agrocampus Rennes, 65 rue de St-Brieuc, 35042 Rennes cedex, France
^b  Laiterie de Montaigu, ZI du Planty, 85807 Montaigu, France

Abstract - The glass transition temperatures (T_g) of various dairy powders were determined by differential scanning calorimetry among the sorptions isotherm, and were also calculated using the extended Couchman-Karasz equation, taking into account the dry values of T_g and Cp (heat capacity changes during glass transition) and the contents in each amorphous component category. The results obtained showed a statistically significant correspondence between measured and calculated T_g inflection values: the model gives an approximate inflection value of T_g corresponding to the measured one ± 14 °C. This lack of fit can be explained both by the accuracy of measurement of T_g and by not considering minor constituents of dairy powders (minerals and oligosaccharides) in calculation. From the values of T_g and Cp measured and/or calculated in this study, it is possible to anticipate the behavior of a dairy powder under given temperature (T) and water activity (a_w) conditions during drying and storage with regard to stickiness and caking. We propose the calculation of a stickiness and caking sensitivity index according to the values of [T - T_g] and Cp, whose value is in agreement with the expected behavior of various dairy powders during drying and storage.

Résumé - Activité de l'eau et transition vitreuse de divers ingrédients laitiers. Les températures de transition vitreuse (T_g) de différents ingrédients laitiers ont été déterminées par calorimétrie différentielle sur l'ensemble de l'isotherme de sorption, et calculées par l'équation de Couchman-Karasz étendue à plus de trois constituants. Cette équation prend en compte les valeurs sèches de T_g et Cp (variation de chaleur spécifique mesurée lors de la transition vitreuse) et la fraction massique de chaque catégorie de constituant amorphe. Les résultats obtenus montrent une corrélation statistiquement significative entre les valeurs de T_g mesurées et calculées : le modèle utilisé permet ainsi d'obtenir une estimation de la valeur de T_g correspondant à la valeur mesurée ± 14 °C. L'écart d'ajustement peut s'expliquer par les erreurs de mesure et par la non-prise en compte des constituants mineurs dans le calcul (minéraux, oligosaccharides). A partir des valeurs de T_g et Cp mesurées et/ou calculées, il est possible d'anticiper le comportement d'une poudre laitière dans des conditions données de température (T) et d'activité d'eau (a_w) au cours du séchage et du stockage, vis à vis du collage et du mottage. Nous proposons le calcul d'un indice de sensibilité au collage et au mottage à partir des valeurs de [T - T_g] et Cp, dont la valeur est cohérente avec le comportement connu de différentes poudres laitières au cours du séchage et du stockage.

Key words: water activity / glass transition / dairy powder / stickiness / caking

Mots clés : activité de l'eau / transition vitreuse / poudre laitière / collage / mottage

Corresponding author: Pierre Schuck pierre.schuck@rennes.inra.fr

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