Einfluss des Fettgehaltes auf die Schaumbildungseigenschaften pasteurisierter

Und ultrahocherhitzter Milch

Die Bildung und Eigenschaften proteinstabilisierter Grenzflächen können durch Fett verändert

werden [Brooker, 1993]. Um den Einfluss des Fettgehaltes auf die Schaumbildungseigen-

schaften von Milch zu bestimmen, wurde Magermilch mit Rahm auf unterschiedliche Fettge-

halte (1,5, 3,5, 10,15 %) eingestellt und homogenisiert (200/50 bar). Anschließend wurde ein

Teil der Proben pasteurisiert und ein weiterer ultrahocherhitzt.

In den Abbildungen 4.28 und 4.29 sind die Partikelgrößenverteilungen von Milchproben mit

unterschiedlichen Fettgehalten dargestellt (Caseinmicellen: etwa bis 0,4 µm; Fettkugeln:

meist > 0,4 µm). Die aus den Partikelgrößenverteilungen berechneten mittleren volumenbe-

zogenen Durchmesser (d43) sind in Tabelle 4.9 zusammengefasst.

Partikeldurchmesser [µm]

0,01

0,1

Volum

e

n [%]

MM UHT

1,5 % Fett UHT

3,5 % Fett UHT

10,0 % Fett UHT

Abb. 4.28: Partikelgrößenverteilungen ultrahocherhitzter Magermilch, sowie ultrahocherhitz-

ter Milch mit Fettgehalten von 1,5; 3,5 % und 10 %

Aus Abbildung 4.28 ist zu erkennen, dass ultrahocherhitzte Milchproben bimodale Verteilun-

gen aufweisen. Die Partikeldurchmesser von ultrahocherhitzter Magermilch liegen im Bereich

zwischen 0,09 bis 0,9 µm und ein geringer Partikelanteil (ca. 0,5 %) weist Durchmesser von

ca. 3 µm auf. Hierbei handelt es sich möglicherweise um kleine Eiweißaggregate, die wäh-

rend der Ultrahocherhitzung entstanden sind. Im Vergleich hierzu ist bei homogenisierten und

ultrahocherhitzten Milchproben mit einem Fettgehalt von 1,5, 3,5 und 10 %, der Volumenan-

teil im Bereich zwischen 0,09 und 0,9 µm geringer und zwischen 1 bis 10 µm höher.

Page 95

Ultrahocherhitzte fettarme Milchproben (1,5 % Fett) weisen Partikelgrößen bis 7 µm und

Milchproben mit höheren Fettgehalten (3,5 % und 10 % Fett) bis 10 µm auf. Mit steigendem

Fettgehalt nimmt erwartungsgemäß der Volumenanteil im Bereich zwischen 1 bis 10 µm zu.

Milchproben mit einem Fettgehalt von 10 % zeigen eine Gaussche Verteilung der Partikel-

durchmessern zwischen 1 bis 9 µm.

Die Partikelverteilungen von fetthaltigen Milchproben, die einer Pasteurisierung unterzogen

wurden, sind in Abbildung 4.29 dargestellt.

Partikeldurchmesser [µm]

0,01

0,1

Volum

e

n [%]

MM PAST

3,5 % PAST

10,0 % PAST

15,0 % PAST

Abb. 4.29: Partikelgrößenverteilungen von pasteurisierter Magermilch und pasteurisierter

Milch mit Fettgehalten von 3,5; 10 und 15 % Fett

Im Gegensatz zu ultrahocherhitzten Milchproben sind bei pasteurisierten Milchproben mo-

nomodale Verteilungen zu erkennen (s. Abb. 4.29). Die Partikeldurchmesser pasteurisierter

Magermilch liegen im Bereich zwischen 0,04 bis 0,5 µm. Pasteurisierte Milchproben mit

Fettgehalten von 0,5 und 3,5 % zeigen Partikeldurchmesser zwischen 0,04 bis 2 µm. Der

Volumenanteil zwischen 0,04 bis 0,5 µm (Partikeldurchmesser der Magermilch) nimmt mit

steigendem Fettgehalt ab. Bei Milchproben mit hohen Fettgehalten (10 % und 15 % Fett) sind

ausschließlich Partikeldurchmesser zwischen 0,2 bis 2 µm zu erkennen. Die Partikelverteilun-

gen in Abhängigkeit des Fettgehaltes sind bei pasteurisierter Milch ähnlich, dagegen bei

ultrahocherhitzter Milch deutlich unterschiedlich. In Tabelle 4.9 sind die volumenbezogenen

Durchmesser (d43) der Partikelverteilungen von ultrahocherhitzter und pasteurisierter Milch

zusammengefasst.

Page 96

Tab. 4.9: Volumenbezogener Durchmesser (d43) [µm], Viskosität [mPa*s] und Oberflä-

chenspannung im Gleichgewicht [mN/m] von ultrahocherhitzter und pasteurisier-

ter Milch in Abhängigkeit vom Fettgehalt

Ultrahocherhitzte Milch

Pasteurisierte Milch

Fettgehalt

[%]

D43

[µm]

Viskosität

[mPa*s]

Oberflächen-

Spannung

[mN/m]

Fettgehalt

[%]

D43

[µm]

Viskosität

[mPa*s]

Oberflächen-

Spannung

[mN/m]

MM

1,03

0,91

*

MM

0,12

0,88

49,2

1,5

1,53

1,33

48,5

3,5

0,45

1,31

47,4

3,5

1,40

1,47

48,5

10,0.

0,69

2,02

47,4

10,0

2,21

2,66

48,7

15,0

0,72

2,94

48,0

*Bei ultrahocherhitzter Magermilch stellte sich nach 20 Minuten Messzeit kein Gleichgewicht der

Oberflächenspannung ein

Die volumenbezogenen Durchmesser (d43) von ultrahocherhitzten Milchproben sind im Ver-

gleich zu pasteurisierten Milchproben größer. Ultrahocherhitzte Milchproben zeigen

d43-Werte im Bereich zwischen 1,0 bis 2,2 µm. Dagegen sind bei pasteurisierten Milchproben

geringere Werte von 0,1 bis 0,7 µm zu erkennen. Sowohl bei ultrahocherhitzter, als auch bei

pasteurisierter Milch ist ein Anstieg des d43-Wertes mit steigendem Fettgehalt zu beobachten.

Hierbei muss berücksichtigt werden, dass sowohl bei ultrahocherhitzter, als auch bei pasteuri-

sierter Milch mit steigenden Fettgehalten eine Abnahme des Volumenanteils der Partikel im

Bereich bis 0,4 µm vorhanden ist (s. Abb. 4.28 und 4.29). In diesem Größenbereich sind die

Caseinmicellen einzuordnen. Durch die Homogenisierung der Milch werden Caseinmicellen

an Fettkugeln adsorbiert. Mit steigendem Fettgehalt nimmt die Fettkugeloberfläche zu und es

wird mehr Membranmaterial benötigt (s. auch Kapitelende). Die in Tabelle 4.9 dargestellten

d43-Werte wurden aus der gesamten Partikelverteilung bestimmt. Dies bedeutet, dass neben

den Fettkugeln auch Caseinmicellen in die Berechnung eingingen. Der Anstieg der d43-Werte

mit steigendem Fettgehalt ist somit nicht durch eine Vergrößerung der Fettkugeln, sondern

durch eine prozentuale Abnahme des Caseinanteils der gemessenen Partikel, bedingt durch

die Anlagerung an Caseinmicellen an die Fettkugeln während der Homogenisierung begrün-

det.

Die Ergebnisse der Messungen der Viskosität, sowie der Oberflächenspannung im Gleichge-

wicht der Milchproben sind ebenfalls in Tabelle 4.9 dargestellt. Die Viskosität ultrahocher-

hitzter Milchproben steigt von 0,9 mPa*s bei Magermilch auf 2,7 mPa*s bei Milch mit einem

Fettgehalt von 10 % an. Im Vergleich hierzu ist der Viskositätsanstieg bei pasteurisierten

Milchproben mit steigenden Fettgehalten etwas geringer (2,1 mPa*s bei 10 % Fett). Bei pas-

teurisierten Milchproben mit einem Fettgehalt von 15 % beträgt die Viskosität 2,9 mPa*s.

Page 97

Die Messungen der Oberflächenspannung von ultrahocherhitzten Magermilchproben zeigten

innerhalb des Messzeitraumes von 20 Minuten keine Konstanz der Oberflächenspannung

(s. Tab. 4.9). Dagegen wurde bei pasteurisierter Magermilch (49,2 mN/m), sowie fetthaltigen

Milchproben innerhalb des Messzeitraums ein Gleichgewicht erreicht. Die Oberflächenspan-

nung von ultrahocherhitzten fetthaltigen Milchproben betrug durchschnittlich 48,6 mN/m. Bei

pasteurisierten Milchproben sank die Oberflächenspannung bis zu einem Fettgehalt von 10 %

ab (47,4 mN/m) und stieg bei einem Fettgehalt von 15 % wieder auf 48,0 mN/m an.

Fettgehalt [%]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Schaumd

ichte

[g/cm³]

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

MM UHT

MM PAST

fetthaltig UHT

fetthaltig PAST

Abb. 4.30: Dichte von Schäumen [g/cm³] aus ultrahocherhitzter Magermilch und ultrahoch-

erhitzter fetthaltiger Milch (UHT - 1,5; 3,5 und 10 % Fett), sowie pasteurisierter

Magermilch und pasteurisierter fetthaltiger Milch (PAST - 3,5; 10; 15 %)

Die Ergebnisse der Messungen der Dichte von Schäumen aus pasteurisierter und ultrahocher-

hitzter Milch in Abhängigkeit des Fettgehaltes sind in Abbildung 4.30 dargestellt. Es wird

deutlich, dass die Dichte von Schäumen sowohl aus ultrahocherhitzter Magermilch, als auch

aus pasteurisierter Magermilch, im Vergleich zur Dichte von Schäumen aus fetthaltiger Milch

höher ist. Ein Minimum der Dichte (0,125 ± 0,003 g/cm³) ist bei einem Fettgehalt von 1,5 %

zu erkennen. Bei einer Erhöhung des Fettgehaltes auf maximal 10 % steigt die Dichte von

Schäumen aus ultrahocherhitzter Milch kontinuierlich auf durchschnittlich 0,184 g/cm (10 %

Fett) an. Eine Erhöhung des Fettgehaltes bei pasteurisierten Milchproben (3,5 %, 10 % und

15 %) führt zu einem Anstieg der Schaumdichte von 0,165 g/cm³ bis ebenfalls auf

0,184 g/cm³. Zwischen 10 % und 15 % Fett sind keine Unterschiede in Bezug auf die

Schaumdichte zu erkennen (durchschnittlich 0,180 g/cm³).

Page 98

Die höhere Dichte von Schäumen aus Magermilch im Vergleich zu Schäumen aus fetthaltiger

Milch ist anhand unterschiedlicher Größenverteilungen der Blasen nach 1 Minute Standzeit zu

erkennen. In den Abbildungen 4.31 und 4.32 sind digitale Bildaufnahmen der Schäume, sowie

daraus abgeleitete Größenverteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus ultrahoch-

erhitzter und pasteurisierter Milch mit unterschiedlichen Fettgehalten nach 1 Minute Standzeit

dargestellt. Zur besseren Übersicht wurden in den Abbildung 4.31 und 4.32 ausgewählte Fett-

gehalte (UHT: MM und 1,5 % Fett; PAST: MM, 3,5 % und 15 % Fett) dargestellt. Die Grö-

ßenverteilungsparameter der Blasendurchmesser von Schäumen aus ultrahocherhitzter und

pasteurisierter Milch in Abhängigkeit des Fettgehaltes nach 1 Minute Standzeit sind in den

Tabellen 4.10 und 4.11 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

Anzahl [%

]

MM UHT

1,5 % Fett UHT

3,5 % Fett UHT

10,0 % Fett UHT

MM UHT

3,5 % Fett UHT

10,0 % Fett UHT

1,5 % Fett UHT

Abb. 4.31: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus ultrahocher-

hitzter Magermilch und ultrahocherhitzter fetthaltiger Milch (1,5 %, 3,5 %, 10 %)

nach 1 Minute Standzeit

Page 99

Tab. 4.10: Größenverteilungsparameter (Spannweite, arithmetischer Mittelwert (d10) und

Medianwert (d50,0)) der Blasendurchmesser von Schäumen aus ultrahocherhitz-

ter Milch in Abhängigkeit vom Fettgehalt nach 1 Minute Standzeit

Probe

Spannweite

[mm]

Minute

± SD

D10

[mm]

Minute

± SD

D50,0

[mm]

Minute

± SD

MM UHT

0,63

0,12

0,22

0,001

0,21

0,01

1,5 % UHT

0,61

0,04

0,24

0,02

0,23

0,02

3,5 % UHT

0,62

0,07

0,25

0,01

0,23

0,01

10 % UHT

0,58

0,04

0,23

0,01

0,21

0,02

Aus den digitalen Bildern in Abbildung 4.31 wird deutlich, dass die Strukturen und Blasen-

größen der Schäume aus ultrahocherhitzter und fetthaltiger Milch (1,5; 3,5 und 10 %) nach

1 Minute Standzeit im Vergleich zu Schäumen aus ultrahocherhitzter Magermilch unter-

schiedlich sind. Schäume aus Magermilch zeigen einen hohen Feinanteil, dagegen sind bei

Schäumen aus fetthaltiger Milch die Anteile der Blasendurchmesser in den Klassen bis

0,3 mm geringer und in den Klassen größer als 0,3 mm höher. Dies führt tendenziell zu höhe-

ren d10-Werten und d50,0-Werten der Verteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus

fetthaltiger Milch (s. Tab. 4.10). Die Spannweite der Größenverteilung der Blasendurchmes-

ser ist dagegen bei allen Schäumen ähnlich.

Mit steigendem Fettgehalt sind im Gegensatz zu den unterschiedlichen Verteilungen von

ultrahocherhitzter Magermilch und ultrahocherhitzten fetthaltigen Milchproben keine Verän-

derung der Verteilungen zu beobachten.

Ausgewählte Blasendurchmesserverteilungen von pasteurisierten Milchproben in Abhängig-

keit des Fettgehaltes (MM, 3,5 % und 15 % Fett) sind in Abbildung 4.32 und die zugehörigen

Größenverteilungsparameter in Tabelle 4.11 dargestellt. Der Verlauf der Größenverteilung der

Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Milch mit Fettgehalten von 0,5 % und

10 % (ohne Darstellung) ist im Vergleich zu den Verteilungen der Blasendurchmesser von

Schäumen aus Milch mit einem Fettgehalt von 15 % ähnlich.

Page 100

15,0 % Fett PAST

Durchmesser [mm]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Anz

a

hl [%]

MM PAST

3,5 % PAST

15,0 % PAST

MM PAST

3,5 % Fett PAST

Abb. 4.32: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch und fetthaltiger Milch (3,5, 10 und 15 % Fett) nach 1 Minute Stand-

zeit

Tab. 4.11: Größenverteilungsparameter (Spannweite, arithmetischer Mittelwert (d10) und

Medianwert (d50,0)) der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter

Milch in Abhängigkeit vom Fettgehalt nach 1 Minute Standzeit

Probe

Spannweite

[mm]

Minute

± SD

D10

[mm]

Minute

± SD

D50,0

[mm]

Minute

± SD

MM PAST

0,47

0,08

0,23

0,02

0,23

0,02

0,5 % PAST

0,56

0,05

0,25

0,01

0,23

0,01

3,5 % PAST

0,68

0,10

0,26

0,01

0,26

0,03

10 % PAST

0,58

0,08

0,22

0,02

0,20

0,02

15 % PAST

0,62

0,08

0,24

0,01

0,22

0,02

Nach 1 Minute Standzeit ist bei Schäumen aus pasteurisierter Magermilch eine monomodale

Verteilung der Blasendurchmesser zu erkennen, bei welcher der maximale Anteil in der Klas-

se 0,2 bis 0,3 mm (durchschnittlich 45 %) liegt (s. Abb. 4.32). Die Spannweite dieser Vertei-

lung beträgt 0,47 ± 0,08 mm (s. Tab. 4.11). Dagegen ist die Spannweite der Verteilung der

Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter fetthaltiger Milch (3,5 % und 15 %)

nach 1 Minute Standzeit höher (maximal 0,68 ± 0,1 mm). Fetthaltige Schäume zeigen zudem

in der Größenklasse 0,1 bis 0,2 mm geringere Anteile der Blasendurchmesser und in der

Page 101

Klasse 0,4 bis 0,5 mm höhere Anteile. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Schäumen

aus ultrahocherhitzter fetthaltiger Milch (s. Abb. 4.31) sind bei Schäumen aus pasteurisierter

fetthaltiger Milch unterschiedliche Verteilungen der Blasendurchmesser in Abhängigkeit des

Fettgehaltes zu beobachten (s. Abb. 4.32). Tendenziell ist bei fetthaltigen Proben mit steigen-

dem Fettgehalt eine Verschiebung der Kurve nach links und damit eine Zunahme des Feinan-

teils zu verzeichnen.

Insgesamt kann aus den Abbildungen 4.31 und 4.32 sowie Tabelle 4.10 und 4.11 geschlossen

werden, dass Schäume aus Magermilch nach 1 Minute Standzeit einen geringeren Blasen-

durchmesser aufweisen als Schäume aus fetthaltiger Milch. Dies ist sowohl bei pasteurisierten

Milchproben, als auch bei ultrahocherhitzten Proben zu erkennen. Die geringere Dichte von

Schäumen aus fetthaltiger Milch, im Vergleich zu Schäumen aus Magermilch, korreliert folg-

lich mit einem größeren Blasendurchmesser.

Die Schaumstabilität wurde durch Messungen der Drainage bestimmt. In Abbildung 4.33 ist

die Drainage der Schäume aus ultrahocherhitzter und pasteurisierter Milch in Abhängigkeit

vom Fettgehalt dargestellt.

Fettgehalt [%]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Drainag

e [%]

MM UHT

MM PAST

Fetthaltige Milch PAST

Fetthaltige Milch UHT

geschlossene Symbole: 1 Min

offene Symbole

: 20 Min

Abb. 4.33: Drainage [%] von Schäumen aus ultrahocherhitzter und pasteurisierter Milch in

Abhängigkeit vom Fettgehalt nach 1 und 20 Minuten Standzeit

Schäume aus ultrahocherhitzter Magermilch sind über die Standzeit von 20 Minuten nicht

stabil. Bei diesen Schäumen ist nach 1 Minute Standzeit eine Drainage von durchschnittlich

20 % und nach 20 Minuten Standzeit von 98 % zu erkennen. Im Gegensatz hierzu zeigen

Page 102

Schäume aus pasteurisierter Magermilch über die Standzeit von 20 Minuten eine geringere

Drainage. Die Anfangsdrainage der Schäume aus pasteurisierter Magermilch beträgt im Mittel

18 % und steigt nach 20 Minuten Standzeit auf 79 % an. Im Vergleich hierzu sind tendenziell

sowohl bei Schäumen aus ultrahocherhitzter, als auch bei Schäumen aus pasteurisierter fett-

haltiger Milch geringere Drainagen zu beobachten. Nach 1 Minute Standzeit sind bei geringen

Fettgehalten (bis 3,5 %) Unterschiede zwischen den Drainagen von Schäumen aus unter-

schiedlich erhitzter fetthaltiger Milch zu verzeichnen. Schäume aus pasteurisierter Milch zei-

gen nach 1 Minute Standzeit eine deutlich höhere Drainage. Nach 20 Minuten Standzeit sind

dagegen die Unterschiede relativ gering. Unabhängig vom Fettgehalt steigt die Drainage bei

Schäumen aus ultrahocherhitzter fetthaltiger Milch auf durchschnittlich 75 % an.

Die im oberen Abschnitt beschriebenen unterschiedlichen Stabilitäten in Abhängigkeit des

Erhitzungsverfahrens von Schäumen aus ultrahocherhitzter und pasteurisierter Magermilch

sind im Kapitel 4.3.2 ausführlich dargestellt worden.

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 [%]

1,5 % Fett UHT

10,0 % Fett UHT

1,5 % Fett UHT

10,0 % Fett UHT

3,5 % Fett UHT

Abb. 4.34: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus ultrahocher-

hitzter Milch mit Fettgehalten von 1,5, 3,5 und 10,0 % nach 20 Minuten Standzeit

Page 103

Tab. 4.12: Größenverteilungsparameter (Spannweite, arithmetischer Mittelwert (d 10) und

Medianwert (d50,0)) der Blasendurchmesser von Schäumen aus ultrahocherhitzter

Milch in Abhängigkeit vom Fettgehalt nach 20 Minuten Standzeit

Probe

Spannweite

[mm]

Minuten

± SD

D10

[mm]

Minuten

± SD

D50,0

[mm]

Minuten

± SD

1,5 % UHT

0,90

0,02

0,39

0,02

0,35

0,02

3,5 % UHT

0,92

0,001

0,36

0,02

0,30

0,01

10 % UHT

0,93

0,01

0,29

0,06

0,23

0,06

Zur weiteren Beurteilung der Schaumstabilität wurden die Größenverteilungen der Blasen-

durchmesser der Schäume nach 20 Minuten Standzeit untersucht. In Abbildung 4.34 und 4.35

sind digitale Bildaufnahmen der Strukturen sowie ausgewählte Größenverteilungen der Bla-

sendurchmesser von Schäumen aus ultrahocherhitzter und pasteurisierter Milch mit unter-

schiedlichen Fettgehalten nach 20 Minuten Standzeit dargestellt. Die zugehörigen Größenver-

teilungsparameter sind in Tabelle 4.11 und 4.12 zusammengefasst.

Aus Abbildung 4.34 ist zu erkennen, dass die Verteilungen der Durchmesser bei Schäumen

aus ultrahocherhitzter Milch mit Fettgehalten von 1,5 und 10 % nach 20 Minuten Standzeit

unterschiedlich sind. Die Spannweite beider Verteilungen beträgt zwar unabhängig vom Fett-

gehalt ungefähr 0,92 mm (s. Tab. 4.12), der Verlauf der Verteilungen ist jedoch deutlich un-

terschiedlich (s. Abb. 4.34). Die Anteile der Durchmesser in den Klassen bis 0,2 mm sind bei

Schäumen aus ultrahocherhitzter Milch mit einem Fettgehalt von 10 % höher und in den

Klassen größer als 0,3 mm geringer. Der d10- und d50,0-Wert der Verteilungen von Schäumen

aus ultrahocherhitzter Milch wird mit steigendem Fettgehalt geringer (s. Tab. 4.12). Dies be-

deutet gleichzeitig, dass mit steigendem Fettgehalt die Veränderungen der Blasendurchmesser

in Abhängigkeit von der Zeit geringer werden. Ein Vergleich der in Tabelle 4.10 und 4.12

dargestellten d10-Werte nach 1 und 20 Minuten Standzeit macht deutlich, dass bei Schäumen

aus ultrahocherhitzter Milch mit einem Fettgehalt von 1,5 %, der d10-Wert von 0,24 mm nach

1 Minute Standzeit auf 0,39 mm nach 20 Minuten Standzeit zunimmt. Bei Schäumen aus

ultrahocherhitzter Magermilch mit einem Fettgehalt von 10 % ist die Veränderung des

d10-Wertes in Abhängigkeit von der Zeit dagegen deutlich geringer (durchschnittlich

0,05 mm). Dies deutet auf eine zunehmende Stabilität der Schäume aus ultrahocherhitzter

Milch mit steigendem Fettgehalt hin.

Eine ähnliche Tendenz ist auch bei Schäumen aus pasteurisierter Milch zu erkennen. Die Bla-

sengrößenverteilungen von Schäumen aus pasteurisierter Magermilch, sowie aus fetthaltiger

Milch nach 20 Minuten Standzeit sind in Abbildung 4.35 dargestellt. Die Größenverteilungs-

parameter der Verteilungen der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Milch

nach 20 Minuten Standzeit sind in Tabelle 4.13 zusammengefasst.

Page 104

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 PAST

3,5 % PAST

10,0 % PAST

15,0 % PAST

10,0 % Fett PAST

15,0 % Fett PAST

MM PAST

Abb. 4.35: Größenverteilung der Blasendurchmesser [mm] von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch und Milch mit Fettgehalten von 3,5, 10 und 15 % nach 20 Minuten

Standzeit

Tab. 4.13: Größenverteilungsparameter (Spannweite, arithmetischer Mittelwert (d10) und

Medianwert (d50,0)) der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter

Milch in Abhängigkeit vom Fettgehalt nach 20 Minuten Standzeit

Probe

Spannweite

[mm]

Minuten

± SD

D10

[mm]

Minuten

± SD

D50,0

[mm]

Minuten

± SD

MM PAST

0,93

0,07

0,32

0,02

0,28

0,02

3,5 % PAST

0,87

0,20

0,30

0,01

0,27

0,01

10 % PAST

0,93

0,01

0,27

0,05

0,20

0,01

15 % PAST

1,00

0,10

0,33

0,02

0,27

0,04

Aus Abbildung 4.35 wird deutlich, dass nach 20 Minuten Standzeit ähnliche Verteilungen der

Schäume aus Magermilch und Milch mit 3,5 % Fett bestehen. Schäume aus Milch mit höhe-

ren Fettgehalten (10 und 15 %) zeigen im Vergleich hierzu einen unterschiedlichen Verlauf.

Unabhängig vom Fettgehalt sind bei den Größenverteilungen der Blasendurchmesser von

Schäumen aus pasteurisierter Milch nach 20 Minuten Standzeit, monomodale Verteilungen zu

erkennen, deren Maximum in der Klasse 0,1 bis 0,2 mm liegt. Die Spannweite der Verteilun-

gen der Blasendurchmesser von Schäumen aus pasteurisierter Milch in Abhängigkeit vom

Fettgehalt nach 20 Minuten Standzeit liegt im Bereich zwischen 0,87 bis 1,1 mm (s. Tab.

4.13). Schäume aus Milch mit Fettgehalten von 10 und 15 % zeigen, im Vergleich zu

Page 105

Schäumen aus Magermilch in den Klassen bis zu 0,2 mm, tendenziell höhere Anteile, dage-

gen in den Klassen von 0,2 bis 0,5 mm geringere Anteile der Blasendurchmesser. Der d10-

und d50,0-Wert der Verteilungen nach 20 Minuten Standzeit sinkt bis zu einem Fettgehalt von

10 % ab und steigt anschließend bei 15 % Fett wieder an. Dies bedeutet wiederum, dass -

ebenso wie bei Schäumen aus ultrahocherhitzter Mich - auch Schäume aus pasteurisierter

Milch mit steigenden Fettgehalten (bis 10 %) eine abnehmende Veränderung der Blasen-

durchmesser in Abhängigkeit von der Standzeit aufweisen (vgl. Tab. 4.11 und 4.13). Somit ist

auch bei pasteurisierten Milchproben mit steigenden Fettgehalten (bis zu 10 %) eine zuneh-

mende Stabilität der Schäume zu beobachten.

Insgesamt wird aus den beschriebenen Ergebnissen deutlich, dass Unterschiede zwischen den

Schaumbildungseigenschaften von Magermilch und fetthaltiger Milch bestehen. Die Dichte

von Schäumen aus fetthaltigen Milchproben ist im Vergleich zu Schäumen aus Magermilch

geringer. Gleichzeitig zeigen Schäume aus fetthaltiger Milch eine breitere Blasenverteilung.

Mit steigendem Fettgehalt nimmt die Schaumdichte sowohl bei Schäumen aus pasteurisierter

fetthaltiger, als auch bei Schäumen aus ultrahocherhitzter fetthaltiger Milch zu (s. Abb. 4.30).

Die Veränderung der Schaumdichte bei geringeren Fettgehalten kann nicht eindeutig anhand

unterschiedlicher Blasenverteilungen erkannt werden. Die Dichte von Schäumen aus Milch

mit einem Fettgehalt von 10 % ist bei pasteurisierten und ultrahocherhitzten Milchproben

ähnlich, so dass offensichtlich das Erhitzungsverfahren in diesem Bereich einen geringen Ein-

fluss auf die Schaumbildungseigenschaften von fetthaltiger Milch hat. Zwischen der Oberflä-

chenspannung von Magermilch und fetthaltigen Milchproben und der Dichte daraus herge-

stellter Schäume besteht keine eindeutige Korrelation.

In Bezug auf die Stabilität sind deutliche Unterschiede zwischen Magermilch und fetthaltiger

Milch zu erkennen. Hierbei spielt das Erhitzungsverfahren eine wesentliche Rolle. Die Stabi-

lität von Schäumen aus ultrahocherhitzter Magermilch ist im Vergleich zu Schäumen aus fett-

haltiger Milch deutlich geringer. Dagegen ist die Stabilität von Schäumen aus pasteurisierter

Magermilch im Vergleich zu Schäumen aus fetthaltiger Milch ähnlich. Trotz steigender Vis-

kositäten mit zunehmendem Fettgehalt (s. Tab. 4.9) sind keine eindeutigen Drainageunter-

schiede bei Schäumen aus fetthaltiger Milch zu beobachten. Die Auswertungen der Blasen-

größenverteilungen der Schäume nach 20 Minuten Standzeit zeigen dagegen Unterschiede in

Abhängigkeit des Fettgehaltes. Tendenziell ist eine geringere Blasengrößenveränderung in

Abhängigkeit der Zeit mit zunehmendem Fettgehalt zu beobachten. Dies würde eine höhere

Stabilität der Schäume mit steigendem Fettgehalt bedeuten.

Die geringere Stabilität von Schäumen aus ultrahocherhitzter Magermilch im Vergleich zu

Schäumen aus pasteurisierter Magermilch ist im Kapitel 4.3.2 detailliert dargestellt.

Bei den vorliegenden Untersuchungen der Schaumbildungseigenschaften von Milch in Ab-

hängigkeit vom Fettgehalt muss berücksichtigt werden, dass die Milchproben homogenisiert

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wurden. Die Homogenisierung führt zu einem Ausdünnen bzw. Ablösen der nativen Fettku-

gelmembran, einer Vergrößerung der Fettoberfläche und zur Adsorption von Milchproteinen

an die Fettkugeloberfläche (sekundäre Membran) [Dalgleish & Sharme, 1993, Boekel &

Walstra, 1995, Schlimme & Buchheim, 1995]. Die neu gebildete Membran setzt sich aus

Caseinmicellen und Molkenproteinen zusammen. Teilweise sind die Caseinmicellen als sol-

che vorhanden, zum Teil aber auch als Submicellen. Durchschnittlich werden ca. 10 mg

Protein/m² Fettkugeloberfläche adsorbiert. Da sich der neu gebildete Grenzflächenfilm an der

Fettkugel hauptsächlich aus Caseinen zusammensetzt, verhalten sich die Fettkugeln in man-

chen Bereichen wie große Caseinmicellen und die effektive Caseinkonzentration erhöht sich

[Boekel & Walstra, 1995, Walstra, 1999]. Abhängig vom Homogenisierverfahren setzt sich

die neu gebildete Membran aus 83 bis 93 % Casein, ca. 7 % Molkenprotein und nativer Fett-

kugelmembran zusammen [Walstra et al., 1999, Lee & Sherbon, 2002]. Die Belegung der

Fettkugeloberfläche wird unter anderem von der Homogenisiertemperatur, der Vorerhitzung,

der Fettkugelgröße, sowie der Zugabe von Emulgatoren beeinflusst [Cano-Ruiz & Richter,

1997, Walstra et al. 1999]. In Tabelle 4.14 sind Daten zu Fettkugeloberflächen pasteurisierter,

ultrahocherhitzter, fetthaltiger und homogenisierter Milch, sowie die durchschnittlich adsor-

bierten Proteinmengen zur Stabilisierung der Fettkugeloberfläche, dargestellt. Der mittlere

oberflächenbezogene Durchmesser (d32) wurde aus den Partikelgrößenverteilungen der Pro-

ben bestimmt (s. Abb. 4.28 und 4.29). Zur Berechnung der Fettkugeloberfläche [m²/kg] wurde

folgende Formel angewandt:

]kg[

Milchmenge

/²]m[

Oberfläche

]ml/g[

]kg/g[

Fettgehalt

)2,3(d

F

=

ρ

×

ρF= Dichte vom Fett 0,93 g/ml

Tab. 4.14: Berechnete Fettkugeloberfläche [m²/kg] und notwendige Proteinmenge [%] zur

Stabilisierung der Fettkugel

Probe

D32

[µm]

Fettkugeloberfläche/

Milchmenge

[m²/kg]

Adsorbiertes

Protein *1

[g/kg]

Adsorbiertes

Protein *2

[%]

0,5 % PAST

0,16

2,0

5,7

0,5 % UHT

0,23

1,4

4,0

1,0 % UHT

0,27

2,4

6,8

1,5 % UHT

0,26

3,7

10,7

3,5 % PAST

0,29

7,7

21,9

3,5 % UHT

0,50

4,5

12,8

10,0 % PAST

0,53

12,3

35,1

10,0 % UHT

0,68

9,5

27,1

15,0 % PAST

0,53

18,4

52,5

*1 Walstra et al. (1999): durchschnittlich 10 mg/m² Fettkugeloberfläche

*2 Proteingehalt von Milch: 35 g Protein/l Milch

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Aus Tabelle 4.14 ist zu erkennen, dass mit steigendem Fettgehalt die Gesamtoberfläche der

Fettkugeln deutlich zunimmt. Dies bedeutet gleichzeitig einen Anstieg der adsorbierten

Proteinmenge und somit eine Abnahme des „freien“ Proteins. Bei einem Fettgehalt von 15 %

werden ca. 53 % des in der Milch enthaltenen Proteins an die Fettkugel adsorbiert.

Die bevorzugte Adsorption von Caseinen an die Fettkugeln beeinflusst das Casein-

Molkenproteinverhältnis im Serum. In Abbildung 4.36 sind Mengenanteile von adsorbierten

Caseinen und Molkenproteinen mit steigenden Fettkugeloberflächen dargestellt. Als Grundla-

ge zur Berechnung der Anteile von Casein und Molkenprotein im Serum wurde ein Casein-

gehalt von 93 % auf der Fettkugel vorausgesetzt [Walstra et al., 1999].

Fettkugeloberfläche [m²]

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Adsorbiertes Casein und

Molkenprotein

[%

]

Casein

Molkenprotein

Abb. 4.36: Adsorbiertes Casein und Molkenprotein [%] an der Fettkugel in Abhängigkeit von

der Fettkugeloberfläche [m²]

Caseingehalt auf Fettkugeloberfläche: 93 % Casein (Walstra et al., 1999)

Durchschnittliche Mengen von Milchproteinen in der Milch:

Casein: 28 g/l; Molkenprotein: 7 g/l

Aus Abbildung 4.36 ist zu erkennen, dass, im Vergleich zum Mengenverhältnis der Caseine

und Molkenproteine in der Milch, der Anteil der Caseine, welche an die Fettkugel adsorbie-

ren, deutlich höher ist als der Anteil adsorbierter Molkenproteine. Bei einem Fettgehalt von

15 % (Fettkugeloberfläche: 1836 m²/kg) sind ca. 60 % des in der Milch vorhandenen Caseins

und ca. 20 % des Molkenproteins an die Grenzfläche Fett/Wasser adsorbiert. Hierdurch ver-

ändert sich das Verhältnis von Caseinen und Molkenproteinen im Serum. In der Ausgangs-

milchprobe beträgt das Verhältnis im Mittel 80 zu 20 %, dagegen in der homogenisierten

Milchprobe mit 15 % Fett ca. 66 zu 34 %. Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass mit

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steigender thermischer Belastung vermehrt β-Lactoglobulin mit κ-Casein interagiert und das

Verhältnis dieser zwei Fraktionen zueinander wiederum beeinflusst wird. Die Grenzflächen-

zusammensetzungen der Schäume aus fetthaltiger Milch werden somit möglicherweise durch

den speziellen Aufbau der Fettkugeln, die sich ähnlich wie große Caseinmicellen verhalten,

sowie durch ein verändertes Casein-Molkenprotein-Verhältnis im Serum beeinflusst. Zur

weiteren Beurteilung des Einflusses von Fett auf die Grenzflächenzusammensetzung von

Schäumen aus fetthaltiger Milch wurden mikroskopische Aufnahmen der Schäume angefer-

tigt. Diese Ergebnisse sind in dem Kapitel 4.4.4 zusammengefasst.

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