Pasteurisierter Magermilch und Vollmilch

Die Schaumbildungseigenschaften der Milch sind abhängig von der Temperatur. Dabei än-

dern sich in Abhängigkeit von der Temperatur sowohl die Diffusionsgeschwindigkeit der

grenzflächenaktiven Substanzen als auch die Viskosität, die Grenzflächenspannung und der

pH-Wert der Milchproben.

In den vorliegenden Untersuchungen wurden die Schaumbildungseigenschaften pasteurisier-

ter Mager- und Vollmilch bei Temperaturen von 4 °C bis 60 °C untersucht. Aus Tabelle 4.4

wird deutlich, dass die Viskosität von pasteurisierter Magermilch und Vollmilch im Tempera-

turbereich von 4 °C bis 10 ºC geringfügig ansteigt und im Temperaturbereich von 20 °C bis

50 °C um ungefähr 2,8 mPa*s abnimmt. Da bei Temperaturen über 20 °C das Fenster der

Messkammer mit Wasserdampf beschlug und somit keine genauen Messungen der Oberflä-

chenspannung möglich waren, wurde die Oberflächenspannung bei diesem Versuch nach der

Formel von Houška et al. [1994] kalkuliert (Formel, s. Anhang). Die in Tabelle 4.4 dargestell-

te berechnete Oberflächenspannung in Abhängigkeit der Temperatur ergibt eine Abnahme der

Oberflächenspannung um 9 mN/m (Magermilch) bzw. 7 mN/m (Vollmilch) im Temperatur-

bereich zwischen 4 °C und 60 °C. Der pH-Wert der Magermilch sinkt zwischen 4 °C und

60 °C von 6,75 auf 6,52 bzw. bei Vollmilch von 6,75 auf 6,40 ab.

Tab. 4.4: Viskosität, pH-Wert und Oberflächenspannung pasteurisierter Mager- und Voll-

milch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur

Temperatur

[°C]

Viskosität

MM

[mPa*s]

Viskosität

VM

[mPa*s]

PH-Wert

MM

PH-Wert

VM

Oberflächen-

Spannung 2)

MM [mN/m]

Oberflächen-

Spannung 2)

VM [mN/m]

3,69

3,90

6,75

6,75

51,49

47,03

3,83

4,03

6,70

6,67

50,56

46,46

1,89

2,28

6,70

6,64

48,98

45,44

1,59

1,86

6,63

6,57

47,36

44,35

1,25

1,46

6,60

6,52

45,70

43,19

1,03

1,31

6,56

6,46

44,01

41,94

1)

1)

6,52

6,40

42,27

40,62

1) Bei Temperaturen oberhalb von 50 °C konnte die Viskosität der Milchproben nicht reproduzierbar

gemessen werden.

2) Da bei Temperaturen über 20 °C das Fenster der Messkammer mit Wasserdampf beschlug und somit

keine genauen Messungen der Oberflächenspannung möglich waren, wurde die Oberflächenspannung

nach der Formel von Houška et al. [1994] kalkuliert (Formel, s. Anhang).

Page 62

Die Ergebnisse der Schaumdichtemessungen sind in Abbildung 4.6 dargestellt. Der Variati-

onskoeffizient der Dichtebestimmung von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch bei Auf-

schäumtemperaturen von 20 und 40 ° C betrug 8 % und bei Schäumen aus pasteurisierter

Vollmilch (Aufschäumtemperatur 4 °C) 10 %. Für die weiteren Messungen lag der Variati-

onskoeffizient unter 5 %.

Temperatur [C°]

S

chaum

dichte

[g/cm

³]

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

MM

VM

Abb. 4.6: Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Mager- und Vollmilch in Abhängigkeit

von der Aufschäumtemperatur (Vollmilch bildete bei 20 °C keinen Schaum)

Aus Abbildung 4.6 ist zu erkennen, dass die Dichte von Schäumen in Abhängigkeit von der

Aufschäumtemperatur in zwei Temperaturbereiche unterteilt werden kann. Zwischen 4 und

10 °C ist die Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch und Vollmilch ähnlich. Sie

steigt in diesem Temperaturbereich von durchschnittlich 0,13 g/cm³ auf 0,19 g/cm³ an. Im

weiteren Verlauf sind Unterschiede zwischen der Dichte von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur zu beobachten.

Bei einer Aufschäumtemperatur von 20 °C konnten mit pasteurisierter Vollmilch - unter den

gegebenen Bedingungen - keine Schäume hergestellt werden. Die Dichte von Schäumen aus

pasteurisierter Magermilch beträgt dagegen bei dieser Temperatur 0,135 ± 0,011 g/cm³. Zwi-

schen 20 und 40 °C ist keine Veränderung der Dichte von Schäumen aus Magermilch zu beo-

bachten. Im weiteren Verlauf steigt die Schaumdichte überproportional an und die Schäume

aus pasteurisierter Magermilch weisen bei 60 °C eine Dichte von 0,219 ± 0,010 g/cm³ auf. Bei

Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch ist zwischen den Aufschäumtemperaturen von

Page 63

30 bis 40 °C ein Anstieg der Dichte von 0,148 g/cm³ ± 0,001 auf 0,172 ± 0,006 g/cm³ zu ver-

zeichnen. Dagegen sind zwischen 40 und 60 °C keine Dichteveränderungen zu erkennen.

Zur Charakterisierung der Makrostruktur wurden digitale Bilder der Schäume aus pasteuri-

sierter Milch nach 1 und 20 Minuten Standzeit bei unterschiedlichen Temperaturen aufge-

nommen. Sie ermöglichen eine Betrachtung der Blasengrößenverteilung, sowie ihre Änderung

im Zeitablauf und damit die Beurteilung der Schaumstabilität. In Abbildung 4.7 sind die digi-

talen Bilder von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch nach 1 und 20 Minuten Standzeit,

sowie die arithmetischen Mittelwerte (d10) der Durchmesser dargestellt.

20 Minuten

1 Minute

4 °C*

30 °C

60 °C

4 °C*

30 °C

60 °C

10 °C

10 °C *

Temperatur [°C]

d

[mm]

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

MM 1 Minute

MM 20 Minuten

Abb. 4.7: Bildausschnitte der Schäume (4 °C, 10 °C, 30 °C und 60 ºC), sowie arithmetische

Mittelwerte (d10 [mm]) der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch (MM) nach 1 und 20 Minuten Standzeit in Abhängigkeit von der

Aufschäumtemperatur

* Aufgrund einer zu geringen Blasenanzahl (< 200) war eine statistische Auswertung nicht mög-

lich

Abbildung 4.7 macht deutlich, dass der mittlere Durchmesser (d10) der Blasen von Schäumen

aus pasteurisierter Magermilch mit steigender Aufschäumtemperatur nach 1 Minute Standzeit

abnimmt. Der d10-Wert nach 1 Minute Standzeit sinkt von 0,24 ± 0,02 mm bei 10 °C auf

0,19 ± 0,02 mm bei 60 °C ab. Durch die Betrachtung der digitalen Bildausschnitte nach 1 Mi-

nute Standzeit (s. Abb. 4.7) werden Unterschiede zwischen den Blasenformen und Blasengrö-

ßenverteilungen in Abhängigkeit der Aufschäumtemperatur deutlich. Bei niedrigen Tempera-

turen sind die Blasen etwas eckig, bei höheren Temperaturen dagegen abgerundet. Schäume

aus Magermilch, die bei 4 °C aufgeschäumt wurde, zeigen nach 1 Minute Standzeit Blasen-

Page 64

durchmesser bis zu 1,5 mm. Bei diesen Schäumen war aufgrund einer zu geringen Blasenan-

zahl eine Bestimmung der mittleren Blasendurchmesser nicht möglich.

Die digitalen Bilder von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch nach 20 Minuten Standzeit

machen deutlich, dass bei einer Aufschäumtemperatur von 4 °C kein zusammenhängendes

Schaumgerüst mehr vorhanden ist (s. Abb. 4.7). Bei Schäumen aus Magermilch, die bei 10

und 20 °C aufgeschäumt wurde, waren aufgrund der schnellen Abnahme des Schaumvolu-

mens im Glaskolben innerhalb der Standzeit, teilweise keine digitalen Bildaufnahmen mög-

lich. Daher wurden sie in die statistische Auswertung nicht mit einbezogen. Der mittlere Bla-

sendurchmesser nach 20 Minuten Standzeit im Temperaturbereich von 30 bis 50 °C beträgt

durchschnittlich 0,32 mm und sinkt bei 60 °C im Mittel auf 0,27 mm ab. Zudem ist aus den

Bildaufnahmen der Schäume nach 20 Minuten Standzeit zu erkennen, dass die Blasen der

Schäume aus pasteurisierter Magermilch bei Aufschäumtemperaturen unter 30 °C wabenför-

mig werden. Magermilchschäume, die bei Temperaturen zwischen 30 und 60 ºC hergestellt

wurden, zeigen sowohl runde als auch eckige Schaumblasen.

Die aus den digitalen Bildern ermittelten Blasendurchmesserverteilungen von Schäumen aus

pasteurisierter Magermilch nach 1 Minute Standzeit sind in Abbildung 4.8 dargestellt. Zur

besseren Übersicht, wurden nur die Temperaturen 10, 30 und 60 °C ausgewählt.

Durchmesser [mm]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Anzahl [%]

MM 10 °C, span = 0,74 mm, d50,0 = 0,21 mm

MM 30 °C, span = 0,69 mm, d50,0 = 0,23 mm

MM 60 °C, span = 0,55 mm; d50,0 = 0,18 mm

Abb. 4.8: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur nach 1 Minute

Standzeit

Page 65

Aus Abbildung 4.8 ist zu erkennen, dass die Größenverteilungen der Blasendurchmesser von

Schäumen aus pasteurisierter Magermilch nach 1 Minute Standzeit bei geringeren Auf-

schäumtemperaturen (10 und 30 °C) im Vergleich zu Schäumen bei höheren Temperaturen

(60 °C) breiter sind. Die Spannweite der Größenverteilungen der Blasendurchmesser bei

10 und 30 °C beträgt ungefähr 0,7 mm und sinkt bei einer Aufschäumtemperatur von 60 °C

auf 0,55 mm ab. Es wird deutlich, dass bei 60 °C, der Anteil der Blasendurchmesser in den

Klassen 0,1 bis 0,3 mm, im Vergleich zu Schäumen bei geringeren Aufschäumtemperaturen,

höher ist. Besonders deutlich ist dies in der Klasse 0,1 bis 0,2 mm zu beobachten. Hier steigt

der Anteil von ungefähr 30 % bei 10 und 30 °C auf durchschnittlich 51 % bei einer Auf-

schäumtemperatur von 60 °C an. Dagegen erhöhen sich in den Klassen größer als 0,3 mm die

Anteile der Blasendurchmesser mit abnehmender Temperatur (10 und 30 °C). Schäume aus

Magermilch, die bei 20 und 40 °C aufgeschäumt wurde (ohne Darstellung), zeigen nach

1 Minute Standzeit ähnliche Verteilungen der Durchmesser wie die in Abbildung 4.8 darge-

stellten Verteilungen bei Aufschäumtemperaturen von 10 und 30 °C. Bei einer Aufschäum-

temperatur von 50 °C (ohne Darstellung) sind dagegen ähnliche Verteilungen wie bei 60 °C

zu beobachten.

In Abbildung 4.9 sind digitale Bildaufnahmen der Schäume, sowie arithmetische Mittelwerte

(d10) der Größenverteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Voll-

milch in Abhängigkeit der Aufschäumtemperatur dargestellt. Eine digitale Bildaufnahme der

Blasen von Vollmilchschäumen war erst ab einer Temperatur von 30 °C möglich. Bei gerin-

geren Temperaturen fielen die Schäume innerhalb von einer Minute zusammen, bzw. bildete

sich bei 20 °C aus pasteurisierter Vollmilch kein Schaum.

Die in Abbildung 4.9 dargestellten digitalen Bildaufnahmen der Schäume aus pasteurisierter

Vollmilch nach 1 Minute Standzeit zeigen deutliche Unterschiede der Blasengröße und der

Blasenform im Temperaturbereich zwischen 30 und 40 °C. Durch die Betrachtung der digita-

len Bildaufnahmen wird deutlich, dass bei Aufschäumtemperaturen von 30 °C Blasendurch-

messer zwischen 1 und 3 mm vorhanden sind. Die Lamellen weisen einen Durchmesser von

ca. 0,16 mm auf und die Blasen haben eine eckige Form. Bei 40 °C sind dagegen runde Bla-

sen und eine gleichmäßige Verteilung, ähnlich wie bei Schäumen aus pasteurisierter Mager-

milch zu beobachten. Aufgrund einer zu geringen Blasenanzahl (< 200) konnten Schäume aus

pasteurisierter Vollmilch, die bei 30 °C aufgeschäumt wurde, statistisch nicht ausgewertet

werden.

Page 66

Temperatur [°C]

d

10 [mm]

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

VM 1 Minute

VM 20 Minuten

1 Minute

30 °C *

40 °C

60 °C

20 Minuten

40 °C *

60 °C

Abb. 4.9: Bildausschnitte der Schäume (30 °C, 40 °C und 60 ºC), sowie arithmetische

Mittelwerte (d10 [mm]) der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter

Vollmilch (VM) nach 1 und 20 Minuten Standzeit in Abhängigkeit von der Auf-

schäumtemperatur

* Aufgrund einer zu geringen Blasenanzahl (< 200) war eine statistische Auswertung nicht mög-

lich

Aus Abbildung 4.9 wird deutlich, dass der arithmetische Mittelwert der Blasendurchmesser

von Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch nach 1 Minute Standzeit von 0,23 ± 0,005 mm

bei 40 °C auf 0,14 ± 0,01 mm bei 60 °C sinkt. Es sind ausschließlich runde Blasen zu erken-

nen. Nach 20 Minuten Standzeit liegen die Blasendurchmesser von Schäumen aus Vollmilch,

die bei 40 °C hergestellt wurden, zwischen 1 und 5 mm. Die Luftblasen haben eine sechs-

eckige Struktur. In den Lamellen der großen Blasen sind zudem kleine Blasen mit einem

Durchmesser zwischen 0,1 und 0,3 mm zu erkennen. Aufgrund einer zu geringen Blasenan-

zahl konnten diese Schäume nach 20 Minuten Standzeit statistisch nicht ausgewertet werden.

Bei Aufschäumtemperaturen von 50 bis 60 °C ist dagegen eine gleichmäßige Struktur vor-

handen. Der d10-Wert der Größenverteilung der Blasendurchmesser liegt bei Schäumen aus

Vollmilch nach 20 Minuten Standzeit (50 °C und 60 °C) im Bereich zwischen 0,26 und

0,32 mm.

Ebenso wie bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch, werden die Blasengrößenvertei-

lungen der Schäume aus pasteurisierter Vollmilch nach 1 Minute Standzeit mit steigender

Aufschäumtemperatur enger und der Feinanteil nimmt zu. Die Größenverteilung der Blasen-

durchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch sind in Abbildung 4.10 dargestellt.

Page 67

Durchmesser [mm]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

A

n

za

hl [%]

VM 40 °C, span = 0,65 mm, d50,0 = 0,22 mm

VM 50 °C, span = 0,44 mm, d50,0 = 0,16 mm

VM 60 °C, span = 0,43 mm, d50,0 = 0,12 mm

Abb. 4.10: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Vollmilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur nach 1 Minute Stand-

zeit

Die Spannweite der Verteilung der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter

Vollmilch nach 1 Minute Standzeit sinkt mit steigender Aufschäumtemperatur (40 bis 60 °C)

von 0,65 mm auf 0,43 mm und der Medianwert von 0,22 ± 0,1 mm auf 0,12 ± 0,1 mm ab

(s. Abb. 4.10). Bei Aufschäumtemperaturen von 50 und 60 °C weisen 58 ± 5 % der Blasen

einen Durchmesser von 0,1 bis 0,2 mm auf. Dagegen sind bei einer Aufschäumtemperatur

von 40 °C in dieser Klasse nur 35 ± 0,5 % vorhanden. Zudem ist bei einer Aufschäumtempe-

ratur von 60 °C in der Klasse bis 0,1 mm ein vergleichsweise hoher Blasenanteil (35 ± 8 %)

zu erkennen. Im Gegensatz hierzu ist bei Aufschäumtemperaturen von 40 und 50 °C ein höhe-

rer Anteil in den Klassen größer als 0,2 mm vorhanden.

Zur Beurteilung der Schaumstabilität wurde die Drainage von Schäumen aus pasteurisierter

Mager- und Vollmilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur untersucht. In Abbil-

dung 4.11 sind die Drainagewerte der Milchschäume in Abhängigkeit von der Aufschäum-

temperatur nach 1, 10 und 20 Minuten Standzeit zusammengefasst.

Page 68

Temperatur [°C]

Drainag

e [%]

MM 1 Min

VM 1 Min

MM 20 Min

VM 20 Min

Abb. 4.11: Drainage [%] von Schäumen aus pasteurisierter Mager- und Vollmilch in Abhän-

gigkeit von der Aufschäumtemperatur nach 1 und 20 Minuten Standzeit

Abbildung 4.11 zeigt, dass die Drainage von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch nach

1 Minute Standzeit im Temperaturbereich von 4 °C bis 30 °C von 23,5 ± 1,3 % auf 9 ± 2 %

abnimmt. Zwischen 30 und 40 °C sind keine eindeutigen Unterschiede der Drainage von Ma-

germilchschäumen zu erkennen. Bei Aufschäumtemperaturen über 40 °C steigt die Drainage

nach 1 Minute Standzeit bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch auf 19 bis 26 % an.

Nach 20 Minuten Standzeit ist ein ähnlicher Verlauf der Drainagekurve in Abhängigkeit der

Aufschäumtemperatur bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch zu beobachten. Bei Auf-

schäumtemperaturen zwischen 4 bis 20 °C ist eine Drainage von durchschnittlich 82 % zu

erkennen. Im weiteren Verlauf sinkt die Drainage auf durchschnittlich 77 % ab und erhöht

sich bei einer Temperatur von 60 °C auf 80 %.

Aus Abbildung 4.11 wird zudem deutlich, dass sich die Drainage der Schäume aus pasteuri-

sierter Vollmilch nach 1 und 20 Minuten Standzeit von der Drainage der Schäume aus pasteu-

risierter Magermilch im unteren Temperaturbereich (10 bis 30 °C) unterscheidet. Zwischen

den Aufschäumtemperaturen von 4 und 10 °C sinkt die Drainagerate von Schäumen aus Voll-

milch nach 1 Minute Standzeit von 53 ± 11 % auf 34 ± 6 % ab. Bei 20 °C bildete sich kein

Schaum aus pasteurisierter Vollmilch. Die Drainage bei 30 °C liegt im Bereich der bei 4 °C

aufgeschäumten Vollmilch. Zwischen 30 und 40 °C sinkt die Drainage auf ein Minimum von

11 ± 0,5 % ab. Im weiteren Verlauf steigt die Drainage bei Aufschäumtemperaturen von

50 und 60 °C, ähnlich wie bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch, auf 20 bis 24 % an.

Am höchsten ist die Drainage der Schäume aus Vollmilch nach 20 Minuten Standzeit bei

Page 69

Aufschäumtemperaturen zwischen 4 bis 40 °C (82 bis 98 %). Bei Aufschäumtemperaturen

über 40 °C liegt die Drainage von Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch nach 20 Minuten

Standzeit im Bereich der Schäume aus pasteurisierter Magermilch. Insgesamt zeigen Schäume

aus pasteurisierter Magermilch und Vollmilch bei Aufschäumtemperaturen von 40 bis 60 °C

ähnliche Verläufe der Drainage sowohl nach 1 Minute als auch nach 20 Minuten Standzeit.

In Abbildung 4.12 sind die Blasengrößenverteilungen von Schäumen aus pasteurisierter Ma-

germilch (Aufschäumtemperatur 30 °C und 60 °C) nach 20 Minuten Standzeit dargestellt.

Aufschäumtemperaturen von 40 und 50 °C führen zu vergleichbaren Ergebnissen wie bei

30 °C.

Durchmesser [mm]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Anzahl [%

]

MM 30 °C, d50,0= 0,28 mm

MM 60 °C, d50,0= 0,24 mm

Span = 0,93 mm

Abb. 4.12: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur nach 20 Minuten

Standzeit

Aus der Abbildung 4.12 wird deutlich, dass die Spannweite der Größenverteilung der Blasen-

durchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch nach 20 Minuten Standzeit, unab-

hängig von der Aufschäumtemperatur, 0,93 mm beträgt. Ähnlich wie nach 1 Minute Stand-

zeit, ist bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch bei Aufschäumtemperaturen von 60 °C

nach 20 Minuten Standzeit, im Vergleich zu Schäumen bei Aufschäumtemperaturen von

30 °C, in den Klassen 0,1 bis 0,2 mm ein höherer Anteil der Blasendurchmesser zu erkennen

(33 ± 0,9 %).

Page 70

Insgesamt wird aus den beschriebenen Ergebnissen deutlich, dass die Dichte von Schäumen

aus Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur variiert. Ten-

denziell ist eine Zunahme der Schaumdichte in den Temperaturbereichen zwischen 4 bis

10 °C und 20 bis 60 °C, sowohl bei Magermilch als auch bei Vollmilch zu beobachten. Bei

einer Aufschäumtemperatur von 20 °C konnte aus Vollmilch kein Schaum gebildet werden.

Die Abhängigkeit der Schaumdichte von der Aufschäumtemperatur im niedrigen Temperatur-

bereich wird schon von Sanmann und Ruehe [1929] beschrieben. Sie stellten einen Anstieg

der Schaumdichte für Magermilch, Vollmilch und Milch mit 20 % Fett im Temperaturbereich

zwischen 1 und 26 °C fest. Phillips et al. [1995] beobachteten bei Schäumen aus β-Lacto-

globulin (pH 7,0; 0,5 % Protein) zwischen 20 und 30 °C einen zunehmenden Overrun und ein

Maximum zwischen 30 und 45 °C.

Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass Schäume mit einer höheren Dichte tendenziell

einen geringeren Blasendurchmesser aufweisen. Zudem werden die Verteilungen der Blasen-

durchmesser mit steigenden Temperaturen enger und gleichmäßiger. Die Bildung kleinerer

Schaumblasen bei höheren Temperaturen ist möglicherweise auf eine ansteigende Diffusions-

und Adsorptionsgeschwindigkeit der grenzflächenaktiven Substanzen zurückzuführen. Unter-

stützend wirkt hierbei die Abnahme der Viskosität und der Oberflächenspannung mit steigen-

der Temperatur (s. Tab. 4.4). Ein kleinerer Durchmesser korrespondiert mit einer größeren

Grenzfläche und somit wird mehr Grenzflächenmaterial zur Stabilisierung der Luftblase be-

nötigt. Da die Adsorption der Proteine an die Grenzfläche meist diffusionskontrolliert ist, d.h.

der Transportvorgang an die Grenzfläche limitierend ist [Graham & Phillips, 1979a, De Feij-

ter & Benjamins, 1987], wird die Ausbildung eines Grenzflächenfilms durch Anhebung der

Temperatur beschleunigt. Die bei geringen Temperaturen relativ grobe und instabile Struktur

der Schäume, sowie die bei ansteigender Temperatur zunehmend feinere Blasenverteilung

wird zudem möglicherweise durch Veränderungen der relativen Anteile nicht-kovalenter Bin-

dungskräfte beeinflusst. Wasserstoffbrückenbindungen nehmen mit steigender Temperatur ab

und hydrophobe Wechselwirkungen zu. Die Absenkung des pH-Wertes führt zu einer Ab-

nahme der Nettoladung der Proteine und damit zu einer geringeren elektrostatischen Absto-

ßung. Die Molekülstruktur der Proteine wird hierdurch kompakter. Die höhere Diffusionsge-

schwindigkeit, die Zunahme hydrophober Wechselwirkungen, sowie die kompaktere Mole-

külstruktur begünstigen möglicherweise die schnelle Ausbildung eines Grenzflächenfilms und

hierdurch die Abnahme der Blasendurchmesser (s. Abb. 4.7 bis 4.9) und den daraus resultie-

renden Anstieg der Schaumdichte (s. Abb. 4.6) bei einer Aufschäumtemperatur über 30 °C.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Blasengrößenveränderung und Drainage in Abhän-

gigkeit von der Zeit deuten auf eine zunehmende Stabilität der Schäume mit steigender Auf-

schäumtemperatur hin. Phillips et al. [1995] stellten bei Schäumen aus β-Lactoglobulin im

Temperaturbereich von 3 bis 25 °C eine zunehmende Stabilität fest. Für den höheren Tempe-

raturbereich werden keine genauen Angaben gemacht. Patino et al. [1995] und Husband &

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Wilde [1999] beobachteten dagegen eine abnehmende Stabilität bei Schäumen aus Casein im

Temperaturbereich von 5 bis 40 °C. Die zunehmende Stabilität der Schäume in den vorlie-

genden Untersuchungen kann ebenfalls auf die Zunahme von hydrophoben Wechselwirkun-

gen zurückgeführt werden. Ab 40 °C kommt es zu Auffaltungsreaktionen der Molkenproteine

[Dupont, 1965, Kella & Kinsella, 1988 zit. n. Jelen & Rattray 1995]. Das Freilegen reaktiver

Gruppen erhöht die Hydrophobizität und fördert die Schaumbildung [German & Phillips,

1994]. Lutton et al. [1969] stellten fest, dass bei niedrigen Temperaturen dichte, feste Struktu-

ren an der Grenzfläche gebildet werden. Ab 40 °C entstehen dagegen expandierende ein-

schichtige Grenzflächenfilme, die elastischer sind und eine höhere Stabilität aufweisen. Diese

höhere Stabilität bewirkt eine geringere zeitliche Veränderung der Blasengröße.

Aufgrund ihrer geringeren Molekülgröße diffundieren Molkenproteine schneller an die

Grenzfläche als Caseinmicellen. Die schnellere Diffusionsgeschwindigkeit der Molkenprotei-

ne im Vergleich zu den Caseinmicellen, sowie die erhöhte Hydrophobizität der Molkenprote-

ine mit ansteigender Temperatur führen möglicherweise zu einer bevorzugten Grenzflächen-

aktivität der Molkenproteine. Dadurch könnten ebenfalls die unterschiedlichen Schaumstruk-

turen in Abhängigkeit von der Aufschäumtemperatur begründet sein.

Auffällig bei den Untersuchungen ist die fehlende Schaumbildung von Vollmilch bei 20 °C.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Veränderungen der Proteine (s.o.) und der Diffusi-

onsgeschwindigkeit der Moleküle in Abhängigkeit der Temperatur, stellt das Fett bei den

Vollmilchschaumstrukturen einen möglichen Einflussfaktor da. Bei einer Temperatur von

20 °C setzt sich die Fettkugel aus ca. 20 % kristallinem Fett und 80 % flüssigem Fett zusam-

men, bei 37 °C ist das Milchfett flüssig [Walstra et al., 1995]. Möglicherweise hat der Anteil

von flüssigem und kristallinem Fett einen Einfluss auf die Schaumbildungseigenschaften der

Vollmilch. Eine genaue Betrachtung des Einflussfaktors Fett ist in den Kapiteln 4.3.5, 4.3.8

sowie 4.4.4 beschrieben.

Page 72