Lait 87 (2007) 119-137
DOI: 10.1051/lait:2007003

Changes in the acid gelation of skim milk as affected by heat-treatment and alkaline pH conditions

Fanny Guyomarc'h^a, Orlane Mahieux^a, Marie Renan^b, Marc Chatriot^b, Valérie Gamerre^b and Marie-Hélène Famelart<sup>a

a</sup>  Inra-Agrocampus Rennes, UMR1253, Science et Technologie du Lait et de l'OEuf, 65 rue de St Brieuc, 35042 Rennes cedex, France
^b  EPI Ingrédients, ZI de l'Hermitage, BP 108, 44153 Ancenis cedex, France

(Received 8 December 2006 - Accepted 26 January 2007 - Published online 27 March 2007)

Abstract - In an attempt to improve the acid gelation properties of heated milk, or to reduce the heat load necessary to obtain significant acid gelation properties, skim milk adjusted at pH values ranging from 6.7 to 10.5 was heat-treated for 10 min at temperatures ranging from 25 to 95 °C then neutralised to pH 6.7. Protein composition of the serum and micellar phases of milk and separation of the protein particles present in the serum phase of milk indicated that formation of micelle-bound heat-induced whey protein/k-casein aggregates was prevented from pH 7.5 upward, to the benefit of serum aggregates. Aggregates were formed in milk at pH 9.5 and 10.5 even at mild heating temperature (65-75 °C), while temperatures of 85 or 95 °C were necessary at lower pH values. Size of the aggregates decreased as pH of heat-treatment increased. Quality of the results was however reduced because of the extensive dissociation of caseins on alkaline treatment and of side mechanisms like Maillard reaction at high pH and temperature. However, some relationships could be found between the occurrence of aggregated whey protein and k-casein and higher elastic modulus of the acid gels after heating at low temperature/high pH or high temperature/low alkaline pH values of skim milk.

Résumé - Modification de l'aptitude à la gélification acide du lait écrémé suite à un traitement thermique à pH alcalin. Dans l'objectif d'améliorer l'aptitude à la gélification acide du lait traité thermiquement ou de réduire la charge thermique nécessaire à l'obtention d'une aptitude significative, du lait écrémé a été ajusté à des pH variant de 6,7 à 10,5, traité thermiquement pendant 10 min à des températures variant de 25 à 95 °C puis neutralisé. La composition en protéines des phases sérique et micellaire du lait et la séparation des particules présentes dans le sérum indiquaient que la formation d'agrégats thermo-induits de protéines sériques et de caséine k dans la fraction micellaire est inhibée à pH S 7,5 au profit des agrégats sériques. Des agrégats étaient formés à pH 9,5 et 10,5 dès 65 °C, tandis que des températures de 85 ou 95 °C étaient nécessaires à pH moins élevé. La taille des agrégats était inversement proportionnelle au pH de traitement thermique. La qualité des résultats était cependant médiocre du fait de la dissociation importante des caséines à pH alcalin et de la dégradation des protéines à pH et températures élevés (e.g. réaction de Maillard). Cependant, une relation entre la présence d'agrégats et les qualités rhéologiques des gels acides formés a pu être identifiée à basse température/pH élevé et à haute température/pH modéré.

Key words: whey protein / k-casein / heat-treatment / pH / acid gel

Mots clés : protéine sérique / caséine k / traitement thermique / pH / gélification acide

Corresponding author: Fanny Guyomarc'h fanny.guyomarch@rennes.inra.f

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