Lactose hydrolyzed milk powder: optimization of the drying process and study of structural and functional properties

Abstract

The production technology of lactose hydrolyzed milk powder has been developed to meet the needs of lactose intolerant consumers. Although the product is currently marketed in some countries, the industry faces technological issues during the production and storage of the powder such as agglomeration, caking, browning, high hygroscopicity, low production yield and loss of techno-functional properties. In this context, two main objectives were assigned to the work ofthis thesis: (i) to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder; (ii) to understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of lactose hydrolyzed milk powder on a molecular scale. In order to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder, powder samples were subjected to various drying conditions: concentrated milk flow rates varying from 0.3 to 1.5 kg.h-¹ and inlet air temperature ranging from 115 to 160 °C, Then, a thermodynamic characterization of the drying process was carried out using the equations of mass and energy balance. To understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of the powder after drying and during storage, the organization and dynamics of the molecules in lactose hydrolyzed milk powder were analyzed by examining appearance and structure of the powder samples and their techno-functional properties. Throughout the experiments, traditional milk powder was used as a control. In this study, it has been observed that the ideal parameters for lactose hydrolyzed milk powder production were: inletair temperature at 145º C and 1.0 kg . h-¹ flow rate. This finding reinforces the idea that the drying conditions of lactose hydrolyzed milk powder are different from those used to make traditional milk powder. It was also observed that molecules present in milk powder hydrolyzed with lactose presented a more homogeneous molecular organization comparedto traditional milk powder and allowed for greater protein-sugar interaction. Under accelerated aging conditions of the hydrolyzed powder,the protein glycation was the initial process that triggers the main modifications observed in lactose hydrolyzed milk powderduring storage.

A tecnologia de produção de leite em pó hidrolisado com lactose foi desenvolvida para atender às necessidades dos consumidores intolerantes à lactose. Embora o produto seja atualmente comercializado em alguns países, a indústria enfrenta problemas tecnológicos durante a produção e armazenamento do Pó, como aglomeração, aglomeração, escurecimento,alta higroscopicidade, baixo rendimento de produção. e perda de propriedades tecnofuncionais. Neste contexto, dois objetivos principais foram atribuídos ao trabalho desta tese: (i) otimizar o processo de secagem do leite em pó hidrolisado com lactose; (ii) compreender o impacto da hidrólise da lactose na estrutura interna do leite em pó hidrolisado à base de lactose em escala molecular. Para otimizar O processo de secagem do leite em pó hidrolisado com lactose, as amostras de pó foram submetidas a diferentes condições de secagem: fluxo de leite concentrado variando de 0,3 a 1,5 kgh-¹ e temperatura do ar de entrada variando de 115 a 160° C. Em seguida, uma caracterização termodinâmica do processo de secagem foi realizada utilizando as equações de massa e balanço de energia. Para compreender o impacto da hidrólise da lactose sobre a estrutura interna do pó após a “secagem e durante o armazenamento, analisou-se a organização e dinâmica das moléculas em leite em pó hidrolisado pela análise do aspecto e estrutura das amostras de pó e suas propriedades tecno-funcionais. Ao longo dos experimentos, o leite em pó tradicional foi usado como controle. Neste estudo, observou-se que os parâmetros ideais para a produção de leite em pó hidrolisado com lactose foram: temperatura do ar de entrada a 145 ° C e vazão de 1,0 kg-h-¹. Este achado reforça a ideia de que as condições de secagem do leite em Pó hidrolisado à base de lactose são diferentes daquelas usadas para fazer o leite em pó tradicional. Observou-se também que as moléculas presentes no leite em pó hidrolisado com lactose apresentaram uma organização molecular mais homogênea em relação ao leite em pó tradicional e permitiram maior interação proteína-açúcar. Em condições de envelhecimento acelerado do pó hidrolisado,a glicação da proteína foi o processo inicial que desencadeou as principais modificações observadas no leite em pó hidrolisado de lactose durante o armazenamento.