Buttermilk and Whey Powders: Microstructural Characteristics and Functional Properties
यह अध्ययन विभिन्न डेयरी पाउडरों के सूक्ष्म संरचनात्मक और कार्यात्मक गुणों का लक्षण वर्णन करता है, जिससे यह पता चलता है कि रेनेट वे पाउडर (rennet whey powder) में सबसे खराब प्रवाह क्षमता और उच्चतम फ्रैक्टल आयाम होता है, जबकि स्किम मिल्क पाउडर सर्वोत्तम वेटेबिलिटी (wettability) प्रदर्शित करता है, जो यह दर्शाता है कि इमेज विश्लेषण को फ्रैक्टल आयाम गणनाओं के साथ जोड़ना उत्पाद निर्माण के मार्गदर्शन के लिए पाउडर की सूक्ष्म संरचनाओं के मूल्यांकन हेतु एक मूल्यवान उपकरण है।
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आधुनिक खाद्य उद्योग में, तरल दूध को एक स्थिर, परिवहन योग्य पाउडर में बदलना इंजीनियरिंग का एक ऐसा चमत्कार है जिसने हमारे खाने के तरीके को बदल दिया है। स्प्रे ड्राइंग नामक प्रक्रिया के माध्यम से पानी को हटाकर, निर्माता ऐसे उत्पाद तैयार करते हैं जो बिना खराब हुए महीनों तक शेल्फ पर रह सकते हैं, जिससे लंबी यात्राओं के दौरान रेफ्रिजरेशन की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। हालांकि, सभी मिल्क पाउडर एक समान नहीं होते। उपयोग किया जाने वाला कच्चा माल—चाहे वह स्किम मिल्क हो, पनीर बनाने के बाद बचा हुआ तरल उपोत्पाद हो, या मक्खन निकालने के बाद बचा हुआ अवशेष—अंतिम पाउडर के व्यवहार को निर्धारित करता है। इन पाउडरों को केवल एक बैग में पड़े रहने के लिए ही नहीं होना चाहिए; उन्हें पानी में जल्दी घुलना चाहिए, मशीनरी के माध्यम से सुचारू रूप से बहना चाहिए, और कभी-कभी झाग भी बनाना चाहिए। इन कणों के सूक्ष्म भौतिक विवरणों को समझना उन खाद्य वैज्ञानिकों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है जिन्हें आइसक्रीम मिक्स से लेकर प्रोटीन सप्लीमेंट तक, विशिष्ट उत्पादों के लिए सही पाउडर का चयन करना होता है।
वार्मिया और मारुज़ी विश्वविद्यालय, ओल्सज़्टिन, पोलैंड के शोधकर्ताओं की एक टीम ने चार अलग-अलग डेयरी पाउडरों: स्किम मिल्क पाउडर, एसिड व्हे पाउडर, रेनेट व्हे पाउडर और बटरमिल्क पाउडर की छिपी हुई भौतिक दुनिया का परीक्षण करने का लक्ष्य रखा। उनका उद्देश्य यह देखना था कि कणों के सूक्ष्म आकार और आकृति ने वास्तविक दुनिया में इन पाउडरों के व्यवहार को कैसे प्रभावित किया। उन्होंने इस बात की जांच की कि पाउडर अपने आकार के अनुपात में कितना भारी था, यह कितनी आसानी से घुलता था और फेंटने पर बुलबुले बनाने में कितना सक्षम था। कणों की स्पष्ट तस्वीर पाने के लिए, वैज्ञानिकों ने उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां लेने हेतु एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया, फिर उनकी अनियमितता को मापने के लिए सैकड़ों व्यक्तिगत कणों के बाहरी आकारों का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि सबसे जटिल, ऊबड़-खाबड़ आकार रेनेट व्हे पाउडर के थे, जिसमें सबसे जटिल सतह की बनावट थी। इसके विपरीत, स्किम मिल्क पाउडर के कण अधिक चिकने और एकसमान थे, जबकि एसिड व्हे और बटरमिल्क पाउडर बड़े, झुर्रीदार समूहों (एग्लोमेरेट्स) में जुड़ने की प्रवृत्ति रखते थे।
अध्ययन से पता चला कि इन सूक्ष्म अंतरों का पाउडर के कार्य करने के तरीके पर सीधा और मापने योग्य प्रभाव पड़ता है। रेनेट व्हे पाउडर, अपनी अत्यधिक अनियमित और जटिल सतह के साथ, सबसे अधिक घुलनशील निकला, जो अन्य की तुलना में अधिक पूरी तरह से घुल गया, जैसा कि सबसे कम अघुलनशीलता सूचकांक से संकेत मिलता है। हालांकि, इसी जटिलता ने रेनेट व्हे पाउडर को थोक में संभालना कठिन बना दिया; यह सबसे अधिक संसंजनशील (कोहेसिव) था, जिसका अर्थ है कि कण आपस में मजबूती से चिपके रहते थे, जिसके परिणामस्वरूप इसकी प्रवाह क्षमता (फ्लोबिलिटी) सबसे खराब थी। यह पैक होने पर सबसे सघन भी था। दूसरी ओर, स्किम मिल्क पाउडर बहुत आसानी से बहता था और इसने सबसे अच्छी वेटेबिलिटी (गीला होने की क्षमता) प्रदर्शित की, जिसे पूरी तरह से गीला होने में केवल 12.5 सेकंड लगे, जबकि रेनेट व्हे और बटरमिल्क पाउडर को पानी सोखना शुरू करने में ही 180 सेकंड से अधिक का समय लगा।
शोधकर्ताओं ने यह भी परीक्षण किया कि ये पाउडर कितनी अच्छी तरह झाग बना सकते हैं और उसे बनाए रख सकते हैं, जो आइसक्रीम और व्हिप्ड टॉपिंग्स जैसे उत्पादों के लिए एक महत्वपूर्ण गुण है। यहाँ, पाउडर की संरचना ने एक बड़ी भूमिका निभाई। बटरमिल्क पाउडर ने फेंटने पर सबसे अधिक मात्रा में झाग उत्पन्न किया, जिससे 181 प्रतिशत की क्षमता बनी, फिर भी इसके झाग समय के साथ कम स्थिर थे। स्किम मिल्क पाउडर ने, हालांकि कम प्रारंभिक झाग आयतन बनाया, सबसे स्थिर बुलबुले बनाए जिन्होंने पूरे 30 मिनट की अवलोकन अवधि के दौरान अपना आकार बनाए रखा। रेनेट व्हे पाउडर किसी भी झाग को बनाए रखने में विफल रहा, जो आधे घंटे की अवधि के भीतर पूरी तरह से ढह गया। ये परिणाम एक स्पष्ट समझौते (ट्रेड-ऑफ) को उजागर करते हैं: जिस पाउडर ने सबसे बड़े बुलबुले बनाए, वह वह नहीं था जिसने उन्हें स्थिर रखा, और जो पाउडर सबसे अधिक पूरी तरह से घुल गया, वह वह नहीं था जो सबसे अच्छा बहा।
अंततः, यह अध्ययन दर्शाता है कि डेयरी पाउडर का कार्यात्मक प्रदर्शन केवल उसके रासायनिक अवयवों के बारे में नहीं है, बल्कि उसकी भौतिक संरचना में गहराई से निहित है। शोधकर्ताओं ने पाया कि कणों के आकार की जटिलता को मापने के लिए इमेज विश्लेषण का उपयोग करना यह अनुमान लगाने का एक उपयोगी तरीका प्रदान करता है कि कोई पाउडर कैसा व्यवहार करेगा। कण के किनारे की ऊबड़-खाबड़ बनावट को उसके घुलने या बहने की क्षमता से जोड़कर, खाद्य निर्माता यह चुनने के लिए अधिक सूचित निर्णय ले सकते हैं कि किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए किस पाउडर का उपयोग किया जाए। यह कार्य सुझाव देता है कि यदि किसी उत्पाद को तीव्र विलेयता (डिसोल्यूशन) की आवश्यकता है, तो एक अधिक जटिल सतह वाला पाउडर आदर्श हो सकता है, जबकि एक उत्पाद जिसे मशीन के माध्यम से सुचारू प्रवाह की आवश्यकता है, उसे सरल, अधिक एकसमान आकार वाले पाउडर से लाभ होगा। कण की इस नन्ही, अदृश्य ज्यामिति और अंतिम उत्पाद के बड़े पैमाने के व्यवहार के बीच का यह संबंध डेयरी-आधारित खाद्य पदार्थों की गुणवत्ता में सुधार के लिए एक व्यावहारिक उपकरण प्रदान करता है।
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