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
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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-
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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
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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).
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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).
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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.
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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-
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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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