The effect of heat treatment and pH on emulsion stability in model infant formula

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201901231142
Title: The effect of heat treatment and pH on emulsion stability in model infant formula
Author: Kanth, Iinaroosa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201901231142
http://hdl.handle.net/10138/298316
Thesis level: master's thesis
Discipline: Elintarviketeknologia
Food Technology
Livsmedelsteknologi
Abstract: Maitopohjaiset äidinmaidonkorvikkeet on kehitetty pienille lapsille ja niiden ravintokoostumus säädetään mahdollisimman lähelle äidinmaidon koostumusta. Äidinmaidonkorvikkeiden emulsion faasien pysyvyyteen vaikuttavat prosessiolosuhteet, kuten lämpötilat ja homogenointipaineet sekä tuoteominaisuudet, kuten systeemin pH ja koostumus. Heikentyneen faasien pysyvyyden myötä äidinmaidonkorvikkeissa saattaa esiintyä sedimentaatiota ja kermoittumista. Työn tavoitteena oli selvittää mitkä tekijät vaikuttavat malliemulsion rakenteen pysyvyyteen ja tutkia heraproteiinien ja kaseiinin välisiä vuorovaikutuksia sekä miten ne sitoutuvat rasvapisaran pinnalle kun systeemin pH-arvoa tai prosessin lämpötiloja muutetaan. Työssä malliemulsioiden pH-arvot säädettiin (pH 6,5–7,6) ennen prosessointia ja testattiin lämpökäsittelyssä eri lämpötilojen ja aikojen (60 ºC–95 ºC, 0 s tai 20 s pito) vaikutusta emulsioiden ominaisuuksiin. Myös heraproteiinien esidenaturoinnin vaikutusta eri pH-arvoissa ja eri lämpökäsittelyn lämpötiloissa testattiin. Pisarakokomittauksilla, kermoittumisen nopeuden analysoimisella sekä rajapinnan proteiinikoostumuksen määrittämisellä mitattiin malliemulsioiden rakenteen pysyvyyttä. Lisäksi työssä analysoitiin heraproteiinien denaturoitumista eri parametrien vaikutuksesta. Työssä todettiin, että pH ja lämpökäsittelyt eri lämpötiloissa vaikuttivat malliemulsioiden ominaisuuksiin. Kun emulsioita prosessoitiin korkeimmissa lämpökäsittelyn lämpötiloissa 90 ºC (20 s pito) ja 95 ºC:ssa (20 s pito), emulsioissa tapahtui vähemmän kermoittumista, niiden pisarakoko oli pienempi ja emulsion faasien pysyvyys parani. Vastaavasti pH-säädetyissä malliemulsioissa, joiden pH-arvot olivat 6,8 ja 6,9 ennen prosessointia, todettiin vähemmän faasien pysyvyyden heikentymistä, kuin malliemulsoissa, joissa pH oli 6,5–6,7 tai 7,0–7,6. Myös rasvapisaroiden pinnalla olevan proteiinin koostumus vaihtelivat lämpökäsittelyn ja pH-säädön sekä heraproteiinien esidenaturoinnin seurauksena. Tulosten perusteella, matalammassa kuumennuslämpötiloissa rasvapisaran pinnalla oli enemmän sitoutuneena kaseiinia, kun taas lämpötilan kasvaessa kaseiinin määrä pinnalla väheni ja tilalle tuli pääosin β-laktoglobuliinia. Vastaavasti matalammissa pH-arvoissa (pH 6,5) pinnalle oli sitoutuneena enemmän kaseiinia, jonka määrä väheni emulsion pH:n kasvaessa. Työn perusteella korkeammat esikuumennuslämpötilat ja pH-arvot lähellä neutraaleja olosuhteita johtivat parhaimpaan emulsion rakenteen pysyvyyteen.Milk based infant formulas are tailored for small children and their nutritional content is designed to mimic the nutritional content of human milk. Processing parameters such as heat treatment temperature and homogenisation pressure affect the stability of infant formulas. Product features such as solution pH and composition also have a big role in the final stability. The most common mechanisms causing instability in infant formulas are creaming and sedimentation. The aim of this study was to understand phenomena behind the stability of model infant formula emulsions. The behaviour of whey proteins and caseins and their interactions at varying solution pH before processing (pH 6.5–7.6) and processing pre-heat temperatures (60 ºC–95 ºC, 0s or 20s holding) was investigated. The effect of pre-denaturation of whey proteins to emulsion stability was also assessed. The stability of the model emulsions were analysed using mainly fat droplet size distributions, by determining the protein composition at the interface and by measuring creaming phenomena occurring over time.In addition, the amount of denaturation of whey proteins was analysed. Based on the results, alternating pH and pre-heat treatment temperatures affected in the stability of the model emulsions. Emulsions pre-heated at 90 ºC (20s holding) and 95 ºC (20s holding) led to most stable emulsion with less creaming and smaller droplet sizes than the emulsions heated at lower temperatures. In pH tests, the emulsions at pH 6.8 and 6.9 resulted in better stability than the emulsions with lower or higher pH. The pH and pre-heat treatment temperatures as well as the pre-denaturation of the whey proteins also affected the interfacial composition of the model emulsions. When model emulsions were pre-heated at 60 ºC more caseins were attached at the surface of the oil droplets whereas in increasing temperatures caseins were replaced mostly by β-lactoglobulins. In pH adjusted emulsions the amount of casein at the interface decreased when the pH of the emulsion increased. The biggest variation in the interfacial composition of the emulsions was detected in model emulsions where whey proteins were pre-denatured by pH adjustment and heat treatment. According to the study results, higher pre-heat treatments and pH values close to neutral conditions led to most stable model infant formula emulsions.
Subject: infant formula
emulsion stability
milk proteins
milk based emulsions


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record