Lait 87 (2007) 337-348
DOI: 10.1051/lait:200721

Production of whey protein aggregates with controlled end-use properties

Perla Relkin^a, Clémence Bernard^{a, b}, Thierry Meylheuc^c, Jean Vasseur^b and Francis Courtois<sup>b

a</sup>  UMR 1211 (AgroParisTech, CNAM, INRA)
^b  UMR 1145 (AgroParisTech, CEMAGREF, INAPG, INRA)
^c  UMR 763 (AgroParisTech, INRA), 1 avenue des Olympiades, 91744 Massy, France

(Published online: 26 October 2007)

Abstract - We studied the structural behaviour and foaming properties of whey proteins under the effects of spray-drying in a co-current configuration. We used two different inlet/outlet air temperatures (170/85 C or 260/138 C, respectively), the other operating conditions being unchanged. Using different characterisation techniques, we showed that both whey proteins (WP-P₈₅ and WP-P₁₃₈) which were submitted to hydro-thermal treatments under mild and high air processing conditions behaved differently from untreated proteins (WP-L). As expected, WP-P₁₃₈ powder exhibited lower moisture and free lactose contents, a higher particle internal porosity, and a thinner particle wall thickness than the WP-P₈₅ powder. The conformational stability of whey proteins, obtained by dilution of untreated whey proteins (WP-L) and dispersions of the two spray-dried powders (WP-P₈₅ and WP-P₁₃₈), were compared. Whey proteins in the WP-P₁₃₈ powder showed a red-shift in the tryptophan emission wavelength, the appearance of a newly created fluorescent compound at 420 nm, contrary to untreated and WP-P₈₅ whey proteins. In addition, we observed formation of a higher proportion of covalently-bound aggregates (11% in WP-P₁₃₈, instead of 5% in WP-P₈₅) and a decrease in conformational stability against re-heating (50% s in WP-P₁₃₈, instead of 30% in WP-P₈₅) compared with untreated WP-L solution. Finally, combination of continuous measurements of foam volume (by an on-line video camera) and liquid (by conductivity) entrained in a column foam during its formation by air injection, in parallel with automatic acquisition of video-foam images during the destabilisation step, showed that solution of WP-P₁₃₈ spray-dried powder, obtained using the highest air temperature conditions, has higher foaming properties than WP-P₈₅ and WP-L solutions.

Résumé - Production d'agrégats de protéines sériques à propriétés d'usage
Nous avons étudié l'influence du séchage par pulvérisation, en co-courant, sur le comportement structural et les propriétés moussantes de protéines de lactosérum. Les poudres ont été obtenues en utilisant des températures d'entrée et sortie d'air différentes (170/85 C et 260/138 C, respectivement), les autres conditions opératoires étant inchangées. Par application de différentes techniques de caractérisation, nous avons montré que les protéines (WP-P₈₅ et WP-P₁₃₈) qui ont subi des traitements hydro-thermiques à température d'air modérée et sévère, respectivement, se comportent différemment des protéines (WP-L) contenues dans les solutions avant séchage. Comme attendu, la poudre contenant les protéines WP-P₁₃₈ présente des taux d'humidité et de lactose libre plus faibles, un taux de porosité interne plus important, et une épaisseur de paroi plus faible. L'étude spectrofluorimétrique des protéines, contenues dans des dispersions dans l'eau distillée des poudres issues des deux conditions de séchage, indique que pour les protéines WP-P₁₃₈, et contrairement aux protéines WP-L et WP-P₈₅, la longueur d'onde maximum d'émission de fluorescence du tryptophane présente un déplacement vers le rouge, ainsi que l'apparition de nouveaux composés qui fluorescent avec une longueur d'onde maximum d'émission à 420 nm. D'autre part, nous avons observé une plus forte proportion d'agrégats covalents (11 % pour WP-P₁₃₈ au lieu de 5 % pour WP-P₈₅), ainsi qu'une diminution plus importante de la stabilité conformationnelle vis-à-vis de la chaleur pour WP-P₁₃₈ (50 %) que pour WP-P₈₅ (30 %). Finalement, la mesure in situ des volumes de mousse (camera video) formée par injection d'air dans une colonne et de liquide sous la mousse (conductivité) après arrêt de l'injection de gaz, effectuée parallèlement à l'acquisition automatique d'images de la mousse, ont montré que les protéines WP-P₁₃₈ ont de meilleures propriétés moussantes que les protéines WP-P₈₅ et WP-L.

Key words: whey protein / spray-drying / denaturation / aggregate / foam

Mots clés : protéine de lactosérum / séchage par dispersion / dénaturation / agrégat / mousse

Corresponding author: perla.relkin@agroparistech.fr

© INRA, EDP Sciences 2007