Poudre de lait hydrolysée au lactose : optimisation du processus de séchage et étude des propriétés structurelles et fonctionnelles

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

• Auteur / Autrice : Tatiana Lopes Fialho
• Direction : Antonio Fernandes de Carvalho, Guillaume Delaplace, Italo Tuler Perrone, Paulo Eduardo Peres de Sá Peixoto Júnior
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance le 20/05/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Universidade Federal de Viçosa (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X -- Diffusion centrale

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Galactose

Glucose

Hydrolyse

Lactose

Séchage

Lait en poudre

Mots clés libres

Bilan massique et énergétique

Résumé

La technologie de production du lait en poudre hydrolysé au lactose a été développée pour répondre aux besoins des consommateurs intolérants au lactose. Bien que le produit soit actuellement commercialisé dans certains pays, le secteur est confronté à des problèmes technologiques lors de la production et du stockage de la poudre, tels que l'agglomération, la prise en masse, le brunissement, une hygroscopicité élevée, un faible rendement de production et une perte de propriétés technofonctionnelles. Dans ce contexte, deux objectifs principaux ont été assignés aux travaux de cette thèse: (i) optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose; (ii) comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne du lait en poudre hydrolysé au lactose à l'échelle moléculaire. Afin d’optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose, les échantillons de poudre ont été soumis à diverses conditions de séchage: débits de lait concentré variant de 0,3 à 1,5 kg and h -1 et température d’entrée de l’air allant de 115 à 160 °C. Ensuite, une caractérisation thermodynamique du processus de séchage a été réalisée en utilisant les équations de bilan massique et énergétique. Pour comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne de la poudre après séchage et pendant le stockage, nous avons analysé l'organisation et la dynamique des molécules dans le lait en poudre hydrolysé au lactose en examinant l'aspect et la structure des échantillons de poudre et leurs propriétés techno-fonctionnelles. Tout au long des expériences, le lait en poudre traditionnel a été utilisé comme témoin. Dans cette étude, il a été observé que les paramètres idéaux pour la production de lait en poudre hydrolysé au lactose étaient les suivants: température de l'air entrant à 145 ° C et débit de 1,0 kg h-1. Cette découverte renforce l'idée selon laquelle les conditions de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose sont différentes de celles utilisées pour la fabrication du lait en poudre traditionnel. Il a également été observé que les molécules présentes dans le lait en poudre hydrolysé au lactose présentaient une organisation moléculaire plus homogène par rapport au lait en poudre traditionnel et permettaient une plus grande interaction protéine-sucre. Dans des conditions de vieillissement accéléré de la poudre hydrolysée, la glycation des protéines était le processus initial qui a déclenché les principales modifications observées dans le lait en poudre hydrolysé au lactose pendant le stockage.

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 of this 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: inlet air temperature at 145 ° 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 compared to 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 powder during storage.