Einfluss des Mineralstoffgehaltes auf die Schaumbildungseigenschaften pasteu-

Risierter Magermilch und Vollmilch

Mineralstoffe liegen in der Milch in unterschiedlichen Löslichkeits- und Bindungsverhältnis-

sen vor und bilden ein dynamisches Gleichgewicht mit grob-dispers (emulgierten Fettkügel-

chen), kolloid- (Caseinmicellen) bzw. molekulardispers (u.a. Molkenproteine) gelösten

Milchinhaltsstoffen [Schlimme & Buchheim, 1995]. Durch die Variation der Salzkonzen-

tration wird die Ionenstärke der Lösung verändert. Die Ladungsverhältnisse der Proteine wer-

den beeinflusst, welches zu veränderten elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den

Polypeptidketten und gleichzeitig zu einem verändertem Löslichkeitsverhalten der Proteine

führen kann. Die Löslichkeit der Proteine und elektrostatische Wechselwirkungen haben ei-

nen Einfluss auf die Schaumbildungseigenschaften [Cumper, 1953, Kinsella, 1981].

In den vorliegenden Untersuchungen wurde geprüft, ob eine Variation des Gehaltes an Milch-

salzen, und damit der Ionenstärke, einen Einfluss auf die Schaumbildungseigenschaften pas-

teurisierter Magermilch und Vollmilch hat. Es wurde eine Milchsalzlösung nach Jenness &

Koops [1962] angesetzt. Die Zusammensetzung der Milchsalzlösung entspricht in etwa der

Mineralstoffzusammensetzung der Milch. In Tabelle A 8 (Anhang) ist eine Übersicht der Zu-

sammensetzung dieser Milchsalzlösung aufgeführt.

Der originäre Salzgehalt (0,77 %) der Milchproben wurde mit dieser Lösung auf 1,0 %, 1,5 %

und 2 % erhöht. Die Zugabe der Lösung führte zu einer Reduzierung des pH-Wertes. Um den

Einfluss des Salzgehaltes unabhängig von der Veränderung des pH-Wertes zu analysieren,

wurde der pH-Wert der Milchproben mit einer 1 mol/l KOH-Lösung auf 6,57 bei pasteurisier-

ter Magermilch bzw. 6,51 bei Vollmilch eingestellt. In Tabelle 4.16 sind die Ergebnisse der

Messungen der Viskosität [mPa*s] und der Oberflächenspannung [mN/m] im Gleichgewicht

zusammengefasst.

Tab. 4.16: Viskosität [mPa*s] und Oberflächenspannung im Gleichgewicht [mN/m] von pas-

teurisierter Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit von der Salzkonzentration

Salzgehalt

[%]

Viskosität

MM

[mPa*s]

Viskosität

VM

[mPa*s]

Oberflächen-

Spannung

MM

[mN/m]

Oberflächen-

Spannung

VM

[mN/m]

0,77*

0,98

1,24

48,4

45,9

1,0

0,95

1,26

48,1

45,8

1,5

1,06

1,31

48,2

45,9

2,0

1,07

1,54

47,9

45,9

* Salzgehalt der Ausgangsmilch

Page 119

Aus Tabelle 4.16 ist zu erkennen, dass die Zugabe von Salzen bei pasteurisierter Magermilch

und Vollmilch zu einer geringfügigen Veränderung der Viskosität führt. Bei pasteurisierter

Magermilch steigt die Viskosität von 0,98 mPa*s (0,77 % Salz) auf 1,07 mPa*s (2,0 % Salz)

an. Im Vergleich hierzu ist der Viskositätsanstieg der Vollmilch von 1,24 mPa*s (0,77 %

Salz) auf 1,54 mPa*s (2,0 % Salz) höher. Die Oberflächenspannung im Gleichgewicht von

pasteurisierter Magermilch sinkt mit steigendem Salzgehalt von 48,4 mN/m (0,77 % Salz) auf

47,9 mN/m (2,0 % Salz) ab. Im Gegensatz dazu sind bei pasteurisierten Vollmilchproben in

Abhängigkeit vom Salzgehalt keine Veränderungen der Oberflächenspannung im Gleichge-

wicht (ca. 45,8 mN/m) zu erkennen. Darüber hinaus zeigten die Messungen der Partikelgröße

der Milchproben in Abhängigkeit vom Salzgehalt keine Unterschiede (ohne Darstellung).

Die Ergebnisse der Schaumbildungseigenschaften pasteurisierter Magermilch und Vollmilch

in Abhängigkeit vom Salzgehalt sind in den folgenden Abschnitten beschrieben. Abbildung

4.43 zeigt die Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch und Vollmilch in Abhän-

gigkeit der Salzkonzentration.

Salzkonzentration [%]

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

S

chaum

dichte

[g/cm

³]

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

VM

MM

Abb. 4.43: Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Mager- und Vollmilch in Abhängigkeit

von der Salzkonzentration

Wie aus Abbildung 4.43 zu erkennen, ist die Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Ma-

germilch im Vergleich zur Dichte von Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch höher. In Ab-

hängigkeit vom Salzgehalt sind sowohl bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch, als

auch bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch, geringfügige Unterschiede der Schaumdich-

Page 120

te zu beobachten. Bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch sinkt die Schaumdichte von

0,188 ± 0,008 g/cm³ (0,77 % Salz) auf 0,177 ± 0,006 g/cm³ (1,0 % Salz) ab und steigt bei ei-

nem Salzgehalt von 1,5 % auf 0,201 ± 0,008 g/cm³ an. Die Dichte von Schäumen aus pasteu-

risierter Magermilch mit einem Salzgehalt von 2 % stimmt mit dem Mittelwert der Dichte von

Schäumen aus der Ausgangsmagermilch (0,77 % Salz) überein.

Ähnlich wie bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch, sind bei Schäumen aus

pasteurisierter Vollmilch bei einem Salzgehalt von 0,77 % und 2,0 % die Schaumdichten

gleich (s. Abb. 4.43). Die gleich bleibende Schaumdichte in Abhängigkeit vom Salzgehalt

spiegelt sich in den Blasengrößenverteilungen wider. In den Abbildungen 4.44 und 4.45 sind

digitale Bildaufnahmen, sowie die Verteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus

pasteurisierter Magermilch und Vollmilch nach 1 Minute Standzeit dargestellt. Die

Größenverteilungsparameter (Spannweite, arithmetischer Mittelwert (d10) und Medianwert

(d50,0)) der Verteilungen der Blasendurchmesser nach 1 Minute Standzeit sind in Tabelle A 9

(Anhang) zusammengefasst.

Durchmesser [mm}

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

An

za

h

l [%

]

MM *

MM 1,0 % MS

MM 1,5 % MS

MM 2,0 % MS

MM *

MM 2,0 % MS

d10 = 0,19 mm

Abb. 4.44: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach 1 Minute Standzeit

* Ausgangsmagermilch (0,77 % Salz)

Abbildung 4.44 zeigt, dass keine eindeutigen Unterschiede zwischen den Verteilungen der

Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch in Abhängigkeit vom

Salzgehalt nach 1 Minute Standzeit bestehen. Die Verteilungen der Durchmesser verlaufen

monomodal und der arithmetische Mittelwert (d10) der Verteilungen beträgt 0,19 mm. Der

Page 121

maximale Anteil ist in der Klasse 0,1 bis 0,2 mm zu erkennen (42 bis 52 %). Die Spannweite

der Verteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch mit

unterschiedlichen Salzgehalten (0,77, 1,0, 1,5 und 2,0 %) beträgt 0,42 mm bis 0,50 mm

(s. Tab. A 9, Anhang).

Auch die Verläufe der Größenverteilungskurve der Blasendurchmesser von Schäumen aus

pasteurisierter Vollmilch nach einer Standzeit von 1 Minute sind in Abhängigkeit vom Salz-

gehalt ähnlich (s. Abb. 4.45).

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

zahl [%

]

VM *

VM 1,0 % MS

VM 1,5 % MS

VM 2,0 % MS

VM 2 % MS

VM*

Abb. 4.45: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Vollmilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach 1 Minute Standzeit

* Ausgangsvollmilch (0,77 % Salz)

Aus Abbildung 4.45 ist zu erkennen, dass die Verteilungen der Durchmesser von Schäumen

aus pasteurisierter Vollmilch mit unterschiedlichen Salzgehalten nach 1 Minute Standzeit

monomodal verlaufen. In den Klassen 0,1 bis 0,2 mm und 0,2 bis 0,3 mm sind die Anteile der

Blasendurchmesser ähnlich hoch (25 bis 33 %). Schäume aus pasteurisierter Vollmilch

(0,77 % Salz) zeigen nach 1 Minute Standzeit in den Klassen größer als 0,4 mm im Vergleich

zu Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch mit Salzgehalten von 1,0, 1,5 und 2,0 % tenden-

ziell höhere Anteile der Blasendurchmesser. Im Vergleich zu Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch sind die Spannweiten und mittleren Blasendurchmesser (d10 und d50,0-Wert) von

Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch nach 1 Minute Standzeit höher (s. Tab. A 10,

Anhang).

Page 122

In den folgenden Abschnitten ist die Stabilität von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch

und Vollmilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt beschrieben. In Abbildung 4.46 ist die Drai-

nage von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit des Salz-

gehaltes nach 1, 10 und 20 Minuten Standzeit dargestellt

Salzgehalt [%]

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

A

n

teil [%

]

VM 1 Minute

VM 10 Minuten

VM 20 Minuten

MM 1 Minute

MM 10 Minuten

MM 20 Minuten

Abb. 4.46: Drainage [%] von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch und Vollmilch in

Abhängigkeit des Salzgehaltes nach 1, 10 und 20 Minuten Standzeit

Abbildung 4.46 macht deutlich, dass sowohl bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch,

als auch aus pasteurisierter Vollmilch, die Drainagen in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach

1, 10 und 20 Minuten Standzeit ähnlich sind. Nach 1 Minute Standzeit sind bei Schäumen aus

pasteurisierter Magermilch Drainagen von durchschnittlich 14 % zu beobachten. Mit zuneh-

mender Standzeit steigt die Drainage unabhängig von der Salzkonzentration auf durchschnitt-

lich 80 % an (20 Minuten Standzeit). Die Drainage von Schäumen aus pasteurisierter Voll-

milch ist im Vergleich dazu geringer. Nach 1 Minute Standzeit sind hierbei Drainagen zwi-

schen 6 bis 10 % zu erkennen. Nach 20 Minuten Standzeit beträgt die Drainage von Schäu-

men aus pasteurisierter Vollmilch unabhängig vom Salzgehalt durchschnittlich 75 %.

Die Auswertung der Blasengrößenverteilung von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch

nach 20 Minuten Standzeit zeigt geringe Unterschiede der Verteilungen der Durchmesser in

Abhängigkeit vom Salzgehalt (s. Abb. 4.47 und Tab. A 9, Anhang).

Page 123

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

zahl [%

]

MM *

MM 1,0 % MS

MM 1,5 % MS

MM 2,0 % MS

MM 2 % MS

MM *

Abb. 4.47: Größenverteilung der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Ma-

germilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach 20 Minuten Standzeit

* Ausgangsmagermilch (0,77 % Salz)

Aus Abbildung 4.47 wird deutlich, dass die Verteilungen der Blasendurchmesser von Schäu-

men aus pasteurisierter Magermilch nach 20 Minuten Standzeit unabhängig vom Salzgehalt

monomodal verlaufen. Im Vergleich zu den Verteilungen der Blasendurchmesser nach

1 Minute Standzeit (s. Abb. 4.44), ist der Anteil der Durchmesser in der Klasse 0,1 bis

0,2 mm nach 20 Minuten Standzeit deutlich geringer (20 bis 32 %) und die Verteilungen sind

breiter. Die Spannweiten liegen im Bereich zwischen 0,83 bis 0,98 mm (s. Tab. A 9, Anhang).

Insgesamt sind keine eindeutigen Unterschiede der Verteilungen der Blasendurchmesser von

Schäumen aus pasteurisierter Magermilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach 20 Minuten

Standzeit zu erkennen.

Bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch ist dagegen mit steigendem Salzgehalt tenden-

ziell eine Zunahme der Blasendurchmesser nach 20 Minuten Standzeit zu beobachten. Für

eine statistische Auswertung der Blasengrößenverteilung waren bei diesen Schäumen nicht

ausreichend Blasen (< 200) vorhanden. In Abbildung 4.48 sind die digitalen Bildaufnahmen

der Blasengrößenverteilung von Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch in Abhängigkeit

vom Salzgehalt nach 20 Minuten Standzeit dargestellt.

Page 124

VM *

VM 1,0 % MS

VM 1,5 % MS

VM 2,0 % MS

Abb. 4.48: Digitale Bildaufnahmen der Blasengrößenverteilung von Schäumen aus pasteuri-

sierter Vollmilch in Abhängigkeit vom Salzgehalt nach 20 Minuten Standzeit

* Ausgangsvollmilch (0,77 % Salz)

Aus Abbildung 4.48 wird deutlich, dass bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch mit un-

terschiedlichen Salzgehalten nach 20 Minuten Standzeit eiförmige, sowie wabenförmige Bla-

sen vorhanden sind. Bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch mit einem Salzgehalt von

0,77 % sind Blasendurchmesser bis maximal 1 mm zu erkennen. Dagegen zeigen Schäume

aus pasteurisierter Vollmilch mit einem Salzgehalt von 2,0 % nach 20 Minuten Standzeit Bla-

sendurchmesser bis zu ca. 2 mm.

Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Salzkonzentration (0,77, 1,0, 1,5 und 2,0 %) von

pasteurisierter Magermilch und Vollmilch keinen eindeutigen Einfluss auf die Dichte der her-

gestellten Schäume hat. In Bezug auf die Schaumstabilität sind anhand der Messungen der

Drainage ebenfalls keine Unterschiede in Abhängigkeit von der Salzkonzentration zu beo-

bachten. Die Messungen der Größenverteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus

pasteurisierter Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit von der Standzeit zeigen dagegen

Unterschiede. Bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch ist mit steigender Salzkonzentra-

tion eine höhere Größenzunahme der Blasendurchmesser in Abhängigkeit der Standzeit zu

beobachten. Dies würde bei Schäumen aus pasteurisierter Vollmilch eine abnehmende Stabili-

tät mit steigenden Salzgehalten bedeuten. Eine statistische Auswertung der Größenverteilun-

gen der Blasendurchmesser war bei diesen Schäumen aufgrund zu geringer Blasenanzahl

(< 200) nicht möglich. Insgesamt sind mit Hilfe der in den vorliegenden Untersuchungen ge-

nutzten Methoden keine eindeutigen Veränderungen der Schaumbildungseigenschaften pas-

teurisierter Magermilch und Vollmilch in Abhängigkeit von der Salzkonzentration messbar.

Unterschiedliche Autoren stellten dagegen Einflüsse der Salzkonzentration auf die Schaum-

bildungseigenschaften von Proteinen fest (s. Kap. 2.2.4.3). Bei den hier dargestellten Untersu-

chungsreihen wurde die Ionenstärke der Milch durch die Zugabe der Milchsalzlösung erhöht

und damit die Oberflächeneigenschaften der Proteine verändert. Durch die Zugabe von Salzen

werden elektrostatische Kräfte geschwächt und dadurch die Koagulationsbereitschaft der Pro-

teine erhöht, welches Einfluss auf die Schaumstabilität haben kann [Kinsella, 1981]. Dies

kann zu einer verschlechterten Schaumstabilität führen. In den vorliegenden Untersuchungen

ist eine abnehmende Schaumstabilität ausschließlich bei Schäumen aus pasteurisierter Voll-

milch zu beobachten. Bei einer Verschiebung zwischen dem im Serum gelösten und dem

kolloidalen Calciumphosphat kann sich die Größe der Micellen ändern [Schlimme & Buch-

Page 125

heim, 1995]. Es kann zu einer Aggregation oder Präzipitation der Caseinmicellen kommen,

oder die Micellen können zerfallen. Die Veränderungen der Konzentration von Calcium und

Phosphat in der Caseinmicelle und damit mögliche Größenveränderungen der Caseinmicellen

scheinen bei den vorliegenden Untersuchungen einen relativ geringen Einfluss auf die

Schaumbildungseigenschaften zu haben.

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