Analyse von bimodalen Partikelgrößenverteilungen von Kasein-Mizellen in Milch
Milch ist ein Naturprodukt tierischen Ursprungs und dient als Grundnahrungsmittel und Rohstoff für eine Vielzahl an Milchprodukten. Verschiedene Milch- und Käsesorten, Rahm-, Butter oder Sauermilchprodukte dienen dem direkten Verzehr. Milch ist eine wässrige, weiße, trübe Emulsion (kolloidale Dispersion) bestehend aus teilweise gelösten Mineralstoffen, Vitaminen, Milchzucker, Proteinen und Fetttröpfchen. Das Milchfett beinhaltet ungesättigte Fettsäuren sowie die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K. Im Herzen des Milchsystems befinden sich die als Kasein-Mizellen bezeichneten kolloidalen Kasein-Calcium-Transportkomplexe. Die Hauptfunktion der Mizelle besteht darin, die Kaseinmoleküle zu verwirbeln sowie Calcium und Phosphat zu lösen.
Aufrahmungsverhalten, Stabilität, Textur und Weiterverarbeitungseigenschaften von Milch sind vom Fettgehalt und der Partikelgröße der Fetttröpfchen und Kasein-Mizellen abhängig. Um die Fetttröpfchen zu zerkleinern, gleichmäßig zu verteilen und damit die Stabilität der Emulsion zu verbessern, findet für verschiedene Milchsorten eine Homogenisierung statt. Die Fetttröpfchen der Rohmilch weisen ursprünglich eine breite Größenverteilung zwischen 1 und 10 µm auf. Durch die Homogenisierung werden die Fetttröpfchen unter Einfluss von hohem Druck auf unter 1 µm bis 2 µm zerkleinert. Kasein-Mizellen wirken als Stabilisatoren, die für die Haltbarkeit der Milch verantwortlich sind und die Phasentrennung von Fett und Wasser verhindern. Die Größe, Form und Struktur der Kasein-Mizelle sind in der Milchindustrie insbesondere für die Käseherstellung von großer Bedeutung. Unterschiede in der Partikelgröße der Kasein-Mizellen können die Milchverarbeitung, und auch die Käseherstellung, beeinflussen. Daher ist die Größe von Kasein-Mizellen ein wichtiges Merkmal der Rohmilch und bestimmt die Ausbeute an Molkereiprodukten.
Für die Erfassung der Fetttröpfchen und Kasein-Mizellen von homogenisierter Milch ist die dynamische Lichtstreuung mit der Photonenkreuzkorrelationsspektroskopie (PCCS) zu empfehlen, da diese Methode geringste Größenunterschiede bis in den Nanometerbereich auch bei trüben Proben zuverlässig identifiziert. Die erzielten Ergebnisse können zur Verbesserung des Homogenisierungprozesses, der Funktion der Kasein-Mizelle und damit zur Erhöhung der Milchqualität verwendet werden.
Partikelgrößenverteilung von Kasein-Mizellen
Zwei unterschiedliche Milchsorten mit niedrigem und hohem Fettgehalt (Magermilch mit 0,3 % und Vollmilch mit 3,9% Fettgehalt) verdeutlichen in der Analyse die Existenz zweier Partikelpopulationen – die der gröberen Fetttröpfchen sowie die der feineren Kasein-Mizellen.
Intensitätsgewichtete Partikelgrößenverteilung von Magermilch, Vollmilch und filtrierter Vollmilch zum Nachweis der Größe der Kasein-Mizellen
Die entrahmte, hocherhitzte H-Milch mit einem Fettgehalt von nur 0,3 % zeigt eine mittlere Partikelgröße von 205 nm. Der Fettgehalt ist vernachlässigbar klein, es werden überwiegend Kasein-Mizellen nachgewiesen (rote Kurve). Die Vollmilch mit einem Fettgehalt von 3,9 % zeigt zwei Moden, eine bei 250 nm und eine bei 1.300 nm (blaue Kurve). Der feine Peak repräsentiert die Population der Casein-Mizellen und der grobe die der Fettkügelchen. Nach einer Filtration bei 450 nm ist die Konzentration der Fettkügelchen vernachlässigbar klein. Nur die Kasein-Mizellen mit einer mittleren Partikelgröße von 200 nm sind in der Partikelgrößenverteilung sichtbar (grüne Kurve).
- einfache und robuste Messmethode
- Partikelgrößenmessung zur Qualitätsendkontrolle
- Messung von trüben Emulsionen
- Messung bimodaler Partikelgrößenverteilungen
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Applikationsstärken
- Messung trüber Proben durch Eliminierung von mehrfach gestreutem Licht
- geringer Probenvorbereitungsaufwand
- vollautomatische Messmethode - Präzision und Genauigkeit | hohe statistische Sicherheit
- exzellente Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit
Kundennutzen
- Entwicklung von dispersen Partikelsystemen mit erwünschten, kontrollierten Eigenschaften
- wertvolle Informationen über die Qualität von Milchprodukten
- erhöhte Wettbewerbsfähigkeit durch gezielte Selektion von Milchkühen
