concentración por evaporación de la leche desnatada: Efecto sobre la caseína micelar de hidratación, la composición y tamaño
Dylan Z. Liu, David E. Dunstan, Gregory Martin JO JO *
Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Melbourne, Parkville, Victoria 3010, Australia
IN INFORM FORMACI ACI N DEL ART CUL CULO O
ABSTRACTO
Artículo de historia:
Recibido el 30 de noviembre de 2011
Recibida en forma 10 de febrero de 2012 revisada Aceptaban 12 de marzo de 2012
se eliminó elsuero agua disminuyó preferentemente a partir del del suero. La cantidad de caseína y de calcio soluble en el como una función aumento del contenido de sólidos, lo que indica un cambio de estos componentes a las micelas. La formación de una pequeña proporción de agregados de micelas en concentraciones altas apareció depende de la hora que se mantiene a estas concentraciones. Tras la disolución posterior con agua, micelas de caseína se rehidrata de inmediato y agregados se divide en cuestión de minutos. El calcio soluble y pH volvieron a su estado original durante un número de horas; sin embargo, sólo un p equeño porcentaje de la caseína soluble originales vueltos al suero durante el período de 5 h investigado. Estos resultados mostraron que las micelas de caseína se ven afectados de manera significativa por la concentración por evaporación y que las modificaciones no son completamente y rápidamente reversible.
Disponible en Internet el 20 de marzo de 2012
Comprender el efecto de la concentración por evaporación de la composición de las micelas de caseína es de gran importancia para el procesamiento de la leche. Las alteraciones a la hidratación, la composición y el tamaño de las micelas de caseína se investigaron en la leche desnatada evaporada a concentraciones de contenido total de sólidos desde 12 hasta 45%. El tamaño de las micelas de caseína se determinó mediante dispersión dinámica de la luz, y el contenido de agua y la composición se determina por análisis de los sobrenadantes y pellets obtenidos por ultra centrifugación. El equilibrio y la hidratación resultados de masas mostraron que durante el proceso de evaporación, mientras que las micelas se deshidrataron,
Palabras clave:
La evaporación micelas de caseína de la leche desnatada Concentración
© 2012 Publicado por Elsevier Ltd.
1. Introducción La concentración de la leche desnatada por evaporación es una operación de la unidad importante en un número de procesos lácteos. En particular, la fabricación de productos secados por pulverización, tales como leche desnatada en polvo (SMP) requiere la concentración por evaporación de la leche hasta aproximadamente 40 a 50% de sólidos totales (TS) antes del secado por pulverización. Esto se realiza generalmente bajo vacío a
preferentemente sobre la superficie micelar ( ( Dalgleish, 2011 2011 ). De particular importancia para los procesos de eliminación de agua, tales como la concentración por evaporación, las micelas de caseína son altamente hidratado, que tiene en el orden de 2-4 g de agua por gramo de proteína, dependiendo del
temperaturas en elfísico-química rango de 45-50 concentración por evaporación de medición ( de Kruif, ( Morris, 1999; es Morris, Foster, y Harding, 2000; Walstra, 1979 ). Aunque 1979 su estructura general ba stante sonido sobre una amplia gama altera el estado de °laC. leche, que afecta a procesos método propiedades relevantes tales como la viscosidad, y que influyen en las de condiciones de procesamiento, la composición mineral y la proteína de ( Davies propiedades funcionales de los productos finales. De los diversos micelas se conoce para responder a cambios en el pH y la temperatura ( componentes de la leche desnatada, las micelas de caseína podría decirse decirse y derecho, 1983; Tsioulpas, Lewis y Grandi- hijo, 2007; walstra, 1990 1990 ). Esto es que tienen el mayor impacto en sus propiedades macroscópicas y en parte debido a que el PCC está en equilibrio dinámico con los minerales funcionales. Sin embargo, poco se sabe actualmente sobre cómo las contenidos en el suero, que están en un estado complejo de especiación ( ( Holt, 2004 ). Se esperaría que la combi-nación de la calefacción y la eliminación de propiedades físico-químicas de las micelas de caseína cambian en en 2004 respuesta a concentración por evaporación. agua que ocurre durante la concentración por evaporación de influir en este equilibrio y, posiblemente, la hidratación, la composición y el tamaño de las micelas de caseína. Las micelas de caseína se componen de cuatro proteínas diferentes, un s1 -, un s2 -, p - y j-caseína, y aproximadamente el 8% (w / w) de fosfato de calcio coloidal (CCP) ( ( Bouchoux, Gesan-Guiziou, Pérez Pérez,, y Cabane , 2010; Si bien la literatura que cubre el efecto del pH y la temperatura sobre las micelas ( Ali, Dalgleish, 2011 2011 ). La estructura interna de las micelas de caseína se de caseína y sus interacciones con otros lácteos componentes es extensa ( derecho, compone predominantemente de un s1 -, un s2 -, y p -caseína y y Andrews, y Cheeseman, 1980; Creamer, Berry, y Mills, 1977; Davies y derecho, et al, 2007;. Visser, nanoclusters de fosfato de calcio coloidal, mientras que el j-caseína se se 1983; Downey y Murphy, 1970; Rose, 1968; Tsioulpas et encuentra Minihan, Smits, Tjan, y Heertje, 1986; 1986; Walstra, 1990 1990 ), de manera sorprendente, la información sobre el efecto de la concentración de micelas de caseína es relativamente escasa ( ( Singh de 2007 2007 ). Se ha demostrado que tanto el calcio y * Autor correspondiente. Tel .: +61 3 8344 6613; Fax: +61 3 8344 4153. el fosfato se desplazan cada vez más a partir del suero de la fase micelar durante la concentración por evaporación de desnatada ( ( Le Graet y Brule, E-mail:
[email protected] ( GJO Martin).
[email protected] (GJO 0308-8146 / $ - see front matter © 2012 Publicado por Elsevier Ltd. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.03.053
mil novecientos ochenta y dos; Vujicic y Deman, 1966 1966 ) y leche entera ( 1988 ). La hidratación y el Nieuwenhuijse, Timmermans, y Walstra, 1988 tamaño de las micelas y la partición de la caseína entre el suero y micelas no fueron examinados. Otros estudios han investigado el efecto de la concentración sobre las propiedades reológicas macroscópicas de la leche ( Bienvenue, Jiménez-Flores, y Singh, 2003;. Bouchoux et al, 2010; VélezRuiz & Barbosa-Cánovas, 1998, 2000 2000 ), pero no tienen fondo examinado los efectos sobre las micelas de caseína. Gran parte de la investigación reciente sobre los sistemas de leche concentrada no ha sido per-formado en concentrados por evaporación. Un número de estudios se han centrado en los procesos de ultrafiltración ( Karlsson, Ipsen, y Ardoe, 2007; Karlsson, Ipsen, Schrader, y Ardo, 2005 2005 ), pero este proceso es fundamentalmente diferente a la de la concentración por evaporación, en particular, porque los minerales y lactosa se eliminan, además de agua. Otros estudios se han realizado utilizando suspensiones concentradas de
contenido de proteína de los sobrenadantes se analizó mediante SDS-PAGE usando una unidad de electroforesis Criterio Cell BioRad (BioRad Laboratories, Richmond, CA). La SDS-PAGE se llevó a cabo por las muestras de dilución en EDTA 1 mM (pH 8) buffer. En primer lugar, 20 il de muestras diluidas se mezclaron con 20 il de tampón Laemmli BioRad contiene 5% de beta mercaptoetanol y se colocó en un baño de agua hirviendo durante 5 minutos. alícuotas Siguiente (10 IL) de muestras se cargaron en 8-16% prefabricados de gradiente lineal de Tris-HCl 18 Criterio geles así y funcionan a 100 V para 130 min. Los geles se tiñeron con azul de Coomassie de Biosafe (BioRad) y digitalmente escaneada y se cuantificaron usando un BioRad Gel Doc XR + Imager (BioRad Laboratories, Richmond, CA).
2.4. la medición de calcio
Las proteínas restantes en los sobrenadantes de ultra centrifugación se precipitaron mediante la mezcla de 0,5 g sobrenadante con 5,5 g de 24% (w / w) de ácido tricloroacético (TCA) y 4,5 g de agua destilada. Proteína tated-precipi se eliminó por filtración a vacío a través de papel de filtro Whatman No. 1 con el filtrado recogido en un matraz previamente pesado. Las proteínas en el papel de filtro se lavaron con 2 g de 12% (w / w) solución de TCA y la masa total del filtrado grabado. El filtrado sam-ples (4 g) se mezclaron después con lacI 3 supresor (2 g) y agua (16 g). Se determinó el contenido de calcio acompañado con las normas AAS Ca disponibles comercialmente (Fluka, Sigma-Aldrich) por espectroscopia de absorción atómica (AAS) a 422,7 nm usando un Varían AA140 En el presente trabajo examinamos por primera vez el efecto de la (Agilent Technologies, Santa Clara, CA) con una llama de acetileno aire. concentración por evaporación en la hidratación, la composición y el tamaño de las micelas de caseína en la leche desnatada fresca. La hidratación y composición de micelas de caseína en la leche concentrada 2.5. Las mediciones de turbidez y viscosidad se investigan primero por análisis directo de una serie de muestras de concentrado. Nuevos experimentos se realizaron en muestras re-diluidos La turbidez se midió mediante la transmisión de la luz (860 nm) a través de una con agua de nuevo a la concentración original para examinar la ex tienda cubeta de 2 mm de paso de luz de cuarzo, utilizando Cary 3E espectrofotómetro de campaña y tasa de reversibilidad. UV-Visible. La turbidez relativa se determinó dividiendo la turbidez de re-diluido re-dil uido concentrados de leche por la tur-morbilidad del original desnatada muestra de leche. Dado que sólo alteraciones de las micelas de caseína son de interés, la 2. Materiales y métodos variación resultante de las diferencias en el contenido de grasa de diferentes muestras se evitó restando la turbidez de los glóbulos de grasa. Para medir la turbidez aportado por los glóbulos de grasa, se diluyeron muestras de 10 veces 2.1. Leche desnatada y desnatada concentrada muestras de leche en tampón de EDTA 10 g / l ajustado a pH 7. La turbidez relativa fue, por tanto, calcula como sigue: Leche fresca desnatada se adquirió de un supermercado local con / l de proteínas 33 g, 1,5 g / l de grasa total y 52 g / l de hidratos de carbono. Todos los análisis se llevaron a cabo dentro de los dos días de la compra Turbidez relativa - TSample _ grasa TSample después de equilibrar primera muestras a temperatura ambiente durante 1 h. muestras de leche desnatada se concentraron a 50 ° C en un s descremada s grasa descremada evaporador rotatorio a 355 ± 5 Torr durante tiempos diferentes para adquirir diferentes concentraciones de leche. El contenido total de sólidos de las muestras se determinó mediante secado en horno durante la noche dónde: a 105 ° C. Disolución posterior de las muestras concentradas de nuevo a la concentración del original desnatada muestra de leche se hace s Skim son la turbidez de la re-diluid o muestra de leche concentrado y el reemplazando con precisión la masa perdida por evaporación con agua T de la muestra y original de leche desnatada, respectivamente. destilada. 1998; reconstituido lecheGoddard, desnatada en polvoy(LDP) ( Anema, ( Fox, 2006; Ward, Ward, Augustin, McKinnon, 1996 1996 ), sinHuppertz embargo,y han demostrado previamente que las micelas de caseína en reconstituyeron SMP son diferentes a las de la leche desnatada fresca ( 2007 ). Aunque no se ha investigado a fondo Martin, Williams, y Dunstan, 2007 en este estudio previo, parece que algunas de las alteraciones observadas a las micelas de caseína fueron incurridos por el proceso de concentración por evaporación ( ( Martin et al., 2007 2007 ).
2.2. La caseína micelar tasa de hidratación y el equilibrio de masas
s grasa de la muestra y y T Sk j m grasa son la turbidez de la re-muestra diluida concentrado de leche y el original de leche desnatada diluida en EDTA multiplica por 10 para tener en cuenta la dilución.
Se añadieron muestras de precisión pesadas de concentrados de leche desnatada a tubos de centrífuga tarados y se ultracentrífuga a 35.000 rpm (promedio 75,940xg) durante 1 hora a 40 ° C para las muestras Los datos de viscosidad se obtuvieron mediante viscosimetría capilar (tipo 531concentradas y 20 ° C para las muestras de re-diluido (Ultra 90, 90 Ti 03 / 0c, Schott AG), realizado por triplicado a 25,5 ° C. rotor, Beckman Instruments Inc., Palo Alto, CA). El sobrenadante fue cuidadosamente eliminado y la masa de la pastilla húmeda determinado. 2.6. El análisis del tamaño de partícula El sedimento se secó a 105 ° C durante 24 h en el horno y la masa de la pastilla seca registrada. El análisis del tamaño de partícula hidrodinámica se realizó mediante espectroscopía de correlación de fotones (PCS) usando un Malvern Autosizer 2.3. SDS-PAGE 4700 PCS (Malvern Instruments Ltd., Malvern, Worcestershire, Reino Unido) con un láser de 488 nm. Luz se midió en la dispersión de un-GLE de 90 ° y se Las micelas de caseína se separaron del suero de leche por ultra- mantuvo la temperatura a 25 ° C. Los datos presentados son el tamaño de centrifugación (Ultra 90, 90 rotor Ti, Beckman Instruments Inc., Palo Alto, partícula promedio de intensidad ponderada calcu-RELAClONADAS por el CA) a 35.000 rpm (promedio 75,940xg) durante 1 hora a 40 ° C para las método de cumulantes. Las muestras se diluyeron a aproximadamentemadamente 1 / 10.000 de la concentración del original de leche desnatada en muestras concentradas y 20 ° C para las muestras de re-diluido. los un simplificado simulado tampón ultrafiltrado de leche ( ( Martin et al., 2007 2007 ).
por lo tanto se eliminó a partir del suero con preferencia a la eliminación de las micelas.
3. resultados
3.1. Las mediciones directas de leche concentrada
Tres muestras diferentes de la leche desnat desnatada ada se evaporaron a diferentes concentraciones de sólidos a 50 ° C bajo vacío. Tomó aproximadamente 20, 35, 40 y 43 minutos para llegar a 14%, 25%, 35% y 40% TS, respectivamente. Para evitar que las muestras de concentrado de la cristalización de lactosa se mantuvieron a 50 ° C hasta que la ultra centrifugación y se mantuvieron a 40 ° C durante ultra centrifugación. Los sobrenadantes se retiraron cuidadosamente y un análisis de la masa total de la pastilla y la cantidad de material sólido en el sedimento se llevó a cabo por secado al horno durante la noche. La hidratación de los gránulos (masa de agua por masa de sólidos totales) se observó para disminuir de manera constante de aproximadamente 2,5 g / g de leche fresca desnatada a aproximadamente 1,2 g / g para la leche desnatada se concentra a 42% (w / w) de sólidos ( Fig. 1 1 A). Un cambio en la fracción de masa del total de sólidos de leche incluido en los gránulos como una función de la concentración no se pudo observar en los límites de exactitud de los datos ( ( Fig. 1 1 A). De estos datos se determinó la relación de re-remoción de agua de las fracciones de sobrenadante y sedimento. La eliminación de agua de las cuentas del sobrenadante para la mayoría de agua eliminada y es aproximadamente en línea con la cantidad total de agua eliminado de la leche ( Fig. 1 1 B). A pesar de la dispersión en los datos, es evidente que la eliminación de agua de la pastilla era considerablemente más bajo que el eliminado del sobrenadante a través de toda la gama de concentraciones. Agua
Se midió la concentración de calcio y caseína en los sobrenadantes de los concentrados ultracentrifugó a 40 ° C. Esta información se combinó con el volumen conocido de sobrenadante de manera que se pudo determinar la cantidad total de calcio y la caseína en los sobrenadantes. Mientras que la concentración de calcio aumentó (datos no mostrados), la cantidad total de calcio en el sobrenadante disminuyó como una función de eliminación de agua ( Fig. 2 2 ). En alrededor del 34% TS, a menos de 40% del calcio presente en el dulce soluble desnatada muestras de leche permanecieron en el sobrenadante. La cantidad total de la caseína en los sobrenadantes, como se determina por análisis de SDS-PAGE, también se redujo después de la concentración por evaporación. En con-contraste a la de calcio soluble, la concentración de caseína pareció disminuir por debajo de 40% de la original inmediatamente después de la concentración 12% de( sólidos y luego se mantuvo 40% y 50% pory encima de 25% deasólidos ( Fig. 2 ). Las 2 muestras de bajaentre concentración (12% 16% de sólidos) se mantuvieron a 50 ° C durante 1-1,5 h adicionales en comparación con las muestras de alta concentración (28% y 33% de sólidos), lo que puede explicar los niveles inferiores i nferiores de la caseína soluble en estas muestras.
3.2. Las mediciones de la re-leche concentrada diluida
Los resultados anteriores sugieren que una serie de cambios importantes en el sistema de la caseína-mineral se producen durante concentración por evaporación. Para obtener una comprensión más completa de este comportamiento, incluyendo penetración en la reversibilidad, los análisis se realizaron en los concentrados rediluyó a la concentración de sólidos de la original de muestras de leche desnatada por adición de agua destilada. El primero de estos análisis fue un examen de la hidratación de pellets a menores de pie o no las micelas pueden ser plena y rápidamente rehidratados. La cantidad total de agua y sólidos asociada con el sedimento volvió a 92% y 99%, respectivamente, de que en el original leche desnatada dentro de las limitaciones de tiempo de la medición (es decir, ca 1 h) ( Tabla 1 ). Las micelas en los concentrados rediluyó eran en su mayoría, pero no completamente rehidratadas (ca ). 2,6 g
solidos )
con relación a los de la leche original, (Ca 2,8 g
de agua /
g de sólidos
El tamaño de las micelas de caseína en las muestras concentradas no pudo medirse directamente mediante dispersión de luz dinámica convencional ya que son demasiado ópticamente denso. Las mediciones de turbidez y de dispersión de luz dinámica se realizaron inmediatamente después de
Higo. 1. La hidratación de los gránulos (símbolos cerrados) y fracción de masa de
sólidos totales que se sedimentan (símbolos abiertos) durante ultracentrifugación de concentrados mantuvo a 40 ° C como una función del contenido de sólidos (A). Porcentaje de agua original en el sobrenadante (símbolos cerrados) y pellet (símbolos abiertos) fracciones que permanecen después de la concentración por evaporación (B). La línea de puntos representa el porcentaje total de agua que se elimina como una función de la concentración de sólidos. La línea continua es una guía para el ojo. Los Higo. 2. La cantidad total de calcio soluble (n) y la caseína (}) en el sobrenadante en relación diferentes símbolos son los resultados de tres muestras separadas frescas leche con el sobrenadante de la leche desnatada original (8,7% de sólidos). Las barras de error son desnatada. la desviación estándar de duplicado SDS-PAGE análisis. El error de medición es insignificante para los datos de calcio.
tabla 1
La rehidratación de las micelas de caseína en disolución posterior de leche desnatada concentrada. La comparación de los sólidos sedimentados, el agua se sedimentaron, y la hidratación de pellets para la leche desnatada por ultra centrifugación y una muestra correspondiente de concentrado (34%) TS vuelve a diluir al 8,7% TS.
sedimentados 1 (g El agua se sedimentaron sedimentaron 1 Pellet hidratación (g agua Sólidos sedimentados (g / 100 g de S Kim ) / 100 g de S Kim ) / g de sólidos )
Muestra
leche descremada original
2,78 ± 0,025
34% de concentrado vuelve a diluir al 8,7% e inmediatamente ultracentrífuga 1
2.60 ± 0.002
masa de sólidos sedimentados por 100 g de leche desnatada original, utilizada para producir concentrado.
3,01 ± 0,005 2,97 ± 0,01
8,37 ± 0,09 7,73 ± 0,02
disolución posterior de las muestras de concentrado, dando información acerca de la reversibilidad inmediata de las alteraciones causadas por la concentración. La cantidad considerable de agua eliminada de las micelas ( Fig. 1 1 ) indica las micelas deben estar en un estado contraído en los concentrados. Como las micelas fueron casi completamente rehidratadas en disolución posterior (ver la Tabla de 1 1 )tamaño se esperaría un tamaño de micelas algo similar. Las(ver mediciones de las que micelas de caseína se realizaron dentro de aproximadamente 3 min de diluir los concentrados a aproximadamente 1 / 10.000 del original desnatada concentración de la leche en tampón mineral. El tamaño medio de micela en las muestras de re-diluido inicialmente disminuyó ligeramente en función de la concentración por evaporación hasta aproximadamente 25% de sólidos, encima del cual el tamaño comenzó a aumentar. La turbidez de las muestras diluidas de nuevo a la concentración original (8,7%) por adición de agua fuera superior a la de la leche original y mostró un aumento constante como una función de la concentración de sólidos ( ( Fig. 3 3 ). Debido a las limitaciones experimentales impuestas por ultra centrifugación que no era posible para adquirir muestras de sobrenadante inmediatamente después de la disolución posterior. En lugar de ello, se obtuvieron muestras de sobrenadante para una serie de muestras de concentrado de 2,5 h después de disolución posterior a concentración original. Se midió la concentración de calcio y la caseína en los sobrenadantes. Después de disolución posterior durante 2,5 h, la cantidad de calcio en el sobrenadante había vuelto a sus valores iniciales, tanto para los 12% y el 20% de las muestras y estaba muy cerca de la muestra de 45% ( Fig. 4 4 ). La cantidad de caseína sin embargo, se mantuvo Higo. 4. La cantidad total de calcio soluble (n) y la caseína (}) en los sobrenadantes de rediluyó considerablemente por debajo de los valores iniciales de todas las concentra relación con los de la leche descremada inicial. Muestras concentradas se rediluido muestras. con agua destilada de nuevo a 8,7% de sólidos y se dejan equilibrar durante 2,5 h antes de la ultracentrifugación o la viscosidad medida. Las barras de error son la desviación estándar de duplicado SDS-PAGE análisis. El error de medición es insignificante para los datos de Para investigar más a fondo la reversibilidad después de la dilución, se calcio. realizaron estudios detallados Ki-nético en muestras concentradas a ca
40% de sólidos. El promedio de tamaño de partículas, turbidez, viscosidad y pH de una muestra de concentrado a 39% de sólidos se midieron como de tiempo después de volver a la dilución de la concentración original. El tamaño medio de partícula fue inicialmente más alta que la de la leche original y se una función redujo a cerrar a la de la leche original con la primera hora después de disolución posterior ( Fig. 5 5 A). La viscosidad, sin embargo, permaneció relativamente constante y ligeramente por debajo de la del original de leche desnatada. La turbidez de la leche disminuyó vuelve a diluir con especial rapidez duración de los primeros 20 minutos o así y luego continuó cayendo más lentamente, finalmente cayendo por debajo de la turbidez del original leche 5 B). La turbidez que aquí se presenta no coincide con los desnatada ( ( Fig. 5 resultados en en la Fig. 3 3 , debido al hecho de que una corrección para la presencia de glóbulos de grasa no se aplicó. No está del todo claro por qué el tamaño de partícula inicial de la muestra sólida 39% examinados en el estudio de la cinética ( ( Fig. 5 5 A) fue mayor que la observada previamente para muestras 3 ). Es posible que esto podría ser debido a una ligera diferencia similares ( ( Fig. 3 en el procedimiento experimental - la muestra de estudio cinético Se rediluyó inicialmente con agua antes de la dilución en tampón de DLS medida, mientras que las otras muestras se diluyeron inmediatamente en tampón que contenía minerales DLS. El pH aumentó inicialmente de una manera similar a la disminución de la turbidez, pero en su lugar apareció para estabilizar cerca del pH original después de aproximadamente 2 h ( Fig. 5 5 B). Se determinó la cantidad de caseína soluble en los sobrenadantes para dos muestras concentradas a contenido de sólidos similares y que se muestran a aumentar lentamente de aproximadamente 40% a aproximadamente 50% de los que en los 5 C). sobrenadantes del original de leche desnatada ( ( Fig. 5 4. Discusión Higo. 3. La turbidez (símbolos en blanco) y el tamaño medio de micela (símbolos
cerrados) de concentrado desnatada en muestras de leche diluidas a la concentración de sólidos originales con relación a las muestras de lech e desnatada concentrada-ONU. 4.1. La hidratación de las micelas de caseína Los diferentes símbolos representan datos obtenidos a partir de diferentes lotes de l eche desnatada. Las barras de error representan la desviación estándar de las mediciones PCS al menos duplicadas. Mea-ñal de error era insignificante para los datos de El agua en la leche se encuentra en dos tiendas importantes, como el agua inter-
turbidez. La turbidez se corrigió para la presencia de glóbulos de grasa.
micelar del suero y el agua intra-micelar asociado con
grado de deshidratación micela como una función de la evaporación no parece que se han realizado. El efecto fundamental de la concentración por evaporación de la leche desnatada es simplemente la eliminación de agua. Está claro a partir 1 ) que tanto el agua intra e inter-micelar fueron de estos resultados ( ( Fig. 1 retirados y que el agua se eliminó preferentemente a partir del suero. Parece razonable que el agua libre en el suero mayor será más móvil y disponible para la evaporación de la agua u nida dentro de las micelas. Esto tiene el efecto de que el agua dentro de las micelas sólo se elimina después de la mayor parte del agua a granel se ha evaporado. Como resultado de esta distancia entre la micela debe ser menor, y el tamaño de micelas debe ser mayor, lo que se esperaría si el agua se eliminó por igual dentro y fuera de las micelas de caseína. Esta observación debe ayudar a explicar el comportamiento reológico de sistemas de leche concentrada. Los resultados de disolución posterior muestran que las micelas rápidamente recuperaron la mayor parte de su contenido de agua original tras la dilución a la concentración original. Había una hidratación micela inferior de las muestras de leche rediluido, que es presumiblemente debido a una estructura de micelas más densa que incluye una mayor proporción de tanto CCP y caseína ( ( Fig. 2 2 ). Los resultados de viscosidad confirman esta interpretación que las muestras Redi-cementada muestran una menor viscosidad, indicativo de una fracción de volumen menor, que el original desnatada leche, incluso después de la dilución 5 A). Esto demuestra que los cambios irreversibles en la durante 5 h ( ( Fig. 5 hidratación y la estructura de las micelas de caseína se produjeron durante la evaporación concentración. La rehidratación rápida sugeriría que las micelas setienen algo así como una esponja que absorbe rápidamente el agua cuando esté disponible. Esto está de acuerdo con observaciones anteriores en las que se encuentran indirectamente micelas totalmente deshidratadas en la leche desnatada en polvo para rehidratar inmediatamente después de la 2007 ). La rehidratación incompleta sugiere que reconstitución ( ( Martin et al., 2007 los cambios en la estructura de las micelas deben ocurrir para disminuir la capacidad total de retención de agua de las micelas. El hecho de que los datos de hidratación se obtuvo por ultracentrifugación sugiere que este cambio no es únicamente debido a una contracción de la capa peluda, ya que esta capa se comprime en el pellet. Si la disminución se asocia con el agua unida directamente a los componentes internos de la micela o el agua en los espacios internos abiertos dentro de la micela no está claro. Es posible que las nuevas proteínas Asso-aso- se forman en la eliminación de agua que el colapso de forma permanente parte de la estructura de micelas abierta.
4.2. Composición de micelas de caseína
Higo. 5. Tamaño relativo medio de micela (□) y la viscosidad (4) de leche desnatada
rediluido a la concentración original (8,6% de sólidos w / w) a partir de concentrados de 39% de sólidos (w / w) como una función del tiempo después d e disolución posterior (A) . Turbidez relativa (}) y pH (O) de la leche desnatada rediluido a la concentración original (8,6% de sólidos w / w) a partir de concentrados of45% +/- 1% de sólidos (w / w) (O) como función del tiempo después de disolución posterior (SEGUNDO). La turbidez no fue corregido de(})grasa. La concentración de caseína los sobrenadantes de un para 42% los (O) glóbulos y un 44% se concentran en relación a la deen la leche desnatada original como una función del tiempo después de volver a la dilución a 8,7% de sólidos (C). Las barras de error son la desviación estándar de duplicado SDS-PAGE análisis.
En la leche desnatada nativo sólo una pequeña proporción de la caseína está presente en el suero. La partición de la caseína entre el mi-celles y el suero es altamente dependiente de la temperatura, con la cantidad de caseína soluble disminuye con la temperatura creciente ( ( Ali et al, 1980;.. Creamer, et al, 1977; Davies y derecho, 1983; Downey y Murphy, 1970; Rose, Rose, 1968 1968 ). Concentración por evaporación implica invari-hábilmente el aumento de la temperatura de la leche, típicamente a 4050 ° C. Por lo tanto, no es sorprendente que ha visto una disminución en la cantidad de caseína en los sobrenadantes de las muestras de concentrado ( ( Fig. 2 2 ). No intento directo se hizo en este documento para separar los efectos de calentamiento y concentración y no está claro si el aumento de la temperatura en su totalidad puede explicar el comportamiento observado, en particular, la irreversibilidad de la segmentación de caseína ( Fig. 4 4 ). Irreversibilidad de la partición de proteína se observó previamente con reconstituido leche desnatada en polvo (LDP) ( ( Martin et al., 2007 2007 ).
Durante la concentración por evaporación se corre calcio soluble a partir del las micelas. En el suero de leche nativa desnatada, gran parte del agua se suero de la micela a través de al menos dos mecanismos: (i) la capacidad del puede considerar agua a granel estructurado con sólo una porción de las sistema de minerales para mantener las especies de calcio y fosfato solubles se moléculas asociadas con la lactosa, proteínas de suero y diversas sales de reducirá debido a la eliminación de agua; (Ii) el aumento de la temperatura 1998 ). El agua micelar ocupa los canales '' disminuye la solubilidad del ca lcio phos-fosfato. El proceso de eliminación de las la leche ( ( Fox & McSweeney, 1998 internos ( Dalgleish, 2011 2011 ) ),, así como asociados tanto con los componentes aguas causada claramente una reducción en internos y externos hidrófilos, incluyendo el PCC, la caseína interna y peluda-capa. Aunque desde hace tiempo se ha reconocido que la eliminación de agua podría causar la contracción de micelas ( ( Morr, 1975 1975 ) de cuantificación directa de la
STRY 134 (2012) 1446-1452 1451
DZ Liu et al./Food Chema
contracción debido a la eliminación de agua, que no es completamente reversible 2 ), que significa un aumento en la tras la disolución posterior. Esto da lugar a micelas que se deben la cantidad de calcio soluble ( ( Fig. 2 cantidad de calcio asociado con las micelas. Esto también ha sido considerablemente contratados en forma concentrada, y mientras se expande observado previamente ( ( Le Graet y B Brule, rule, 1982; Vujicic y Deman, 1966 1966 tras la rehidratación, ocupan una fracción de volumen inferior a la de la leche ). Todavía no está claro exactamente cómo y dónde el calcio adicional se desnatada fresca. En segundo lugar, a concentraciones mayores de micelas bajo deposita en las micelas. No se sabe, por ejemplo, si es o no se asocia alguna agregación (o reformación en micelas más grandes), que continúa como directamente con nanoclustros CCP existentes. El aumento de pH ( ( Fig. 5 5 una función del tiempo de mantenimiento a alta concentración. B) tras la disolución posterior es consistente con la inversión de calcio de 4 ). El reversibil-dad de la partición de calcio se 5. Conclusiones nuevo en el suero ( ( Fig. 4 observó para SMP, sin embargo la cinética parecían ser mucho más lento ( Martin et al., 2007 2007 ). Durante la concentración por evaporación de la leche desnatada, caseína miCelles fueron deshidratados; pero el agua se eliminó a partir del suero a la eliminación desde el interior de las micelas. La partición Aunque es evidente que la contracción de las micelas es casi inmediatamente reversibles con la disolución posterior, la reversibilidad preferentemente tanto de calcio como la caseína se cambió a partir del suero hacia la fase micelar. de la calcio y caseínas muestra un comportamiento muy diferente. Los En inversión del proceso de concentración por disolución posterior de las micelas cal-CIUM solubles vuelve al suero completamente más de 1 h, mientras se rehidrataron inmediatamente, aunque de forma incompleta. Las micelas que sólo una pequeña cantidad de las caseínas solubles originales permaneció algo contratados, aunque la formación de algunas micelas más regresan al suero dentro de 5 h. La reversibilidad lenta de la caseína grandes fue evidente en mayor contenido de sólidos. La alteración en e l equilibrio soluble puede ser debido a en-arrugado asociaciones que los resultados mineral y la presencia de micelas más grandes fueron menos permanente, de ambos la contracción de las micelas, debido a la eliminación d e agua y mientras que la pérdida de la caseína soluble era más permanente. la absorción de la caseína y cal-CIUM resultante del aumento de temperatura. referencias
4.3. Tamaño de micelas de caseína
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rediluyó ( ( Fig. 3 3 ), el tamaño de micelas pareció disminuir en función de la concentración de hasta aproximadamente 25% TS y luego aumentar a concentraciones más altas. La razón de la disminución es probable que sea una contracción general o la contracción de las micelas, debido a la rehidratación incompleta. Esto es consistente con una menor viscosidad como se observa en este estudio ( ( Fig. 5 5 A). El aumento de tamaño de las
partículas una concentración más alta, tal como mide mediante dispersión en dinámica de la luz, se puede explicar por lasepresencia de un pequeño número de partículas más grandes, tal vez formados a partir de la agregación de las micelas. Se ha pre-viamente ha observado que el tamaño de las micelas de caseína en la leche concentrada puede verse afectada por el tiempo de retención. Un estudio anterior examinó en tamaño de partícula en diluida desnatada concentrados de leche (45% TS) como una función de almacenamiento a 50 ° C ( ( Bienvenue et al., 2003 2003 ). Las muestras medido inmediatamente después de la concentración tenía solamente un pico característico de micelas de caseína, mientras que los picos más grandes adicionales (> 500 nm) aparecieron después de 6 horas de almacenamiento, lo que indica totalización-ción de las micelas. El tamaño de micelas aumento observado en el estudio previo en SMP ( 2007 ) puede Martin et al., 2007 ) puede haber resultado de la hora que se mantiene en condiciones concentradas. Las muestras concentradas en ese estudio no pudieron ser analizados inmediatamente. Los concentrados se llevan a cabo a menudo por un período de tiempo antes de secado por pulverización-ing, que podría ser la razón por la que las micelas de SMP reconstituidas eran más grandes en comparación con los resultados en este estudio. Sobre la base de esta comprensión, retención concentra a diferentes temperaturas para diferentes tiempos requiere investigación adicional.
El aumento observado en la turbidez ( ( Fig. 3 3 ) es más probable primar-ily debido a un aumento en el índice de refracción micela resultante del aumento en ópticamente denso CCP y caseína. Cualquier aumento en el tamaño de la partícula debido a la agregación también contribuiría al aumento; sin embargo, la disminución global de la fracción de volumen debido a la contracción de micelas lo reduciría. La disminución observada en la turbidez después de disolución posterior ( ( Fig. 5 5 B) es consistente con la solubilización de CCP, lo que disminuiría el índice de refracción. La eventual disminución de la turbidez por debajo de la del original de le che desnatada (sin un aumento continuo de pH) sería compatible con una población de micelas que ocupan menos volumen total debido a las micelas no ser completamente rehidratadas. Esto podría resultar en una turbidez inferior a pesar de la que tiene un tamaño medio superior, conforme a los resultados de DLS ( ( Fig. 5 5 A) y un índice de refracción equivalente. La disminución inicial rápida de la turbidez aparece en parte debido a la disminución inicial en el tamaño de la micela ( ( Fig. 5 5 A).
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