Buttermilk and Whey Powders: Microstructural Characteristics and Functional Properties
本研究は、様々な乳粉末の微細構造および機能的特性を特徴づけており、レンネットホエイパウダーが最も低い流動性と高いフラクタル次元を示す一方で、スキムミルクパウダーが最高の濡れ性を示すことを明らかにしており、画像解析とフラクタル次元計算の組み合わせが、製品設計を導くための粉末微細構造評価における有用なツールであることを示している。
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現代の食品産業において、液体ミルクを安定した輸送可能な粉末へと変えることは、私たちの食生活を形作ってきたエンジニアリングの驚異です。スプレードライ（噴霧乾燥）と呼ばれるプロセスを通じて水分を除去することで、メーカーは、長距離輸送中の冷蔵の必要性を回避し、数ヶ月間劣化せずに棚に並べることができる製品を作り出しています。しかし、すべてのミルクパウダーが等しく作られているわけではありません。原料となるもの――脱脂乳、チーズ製造の過程で生じる液状の副産物、あるいはバターを撹拌した後に残る残留物――が、最終的な粉末の挙動を決定します。これらの粉末は、単に袋の中に収まっているだけでは不十分です。水に素早く溶け、機械の中をスムーズに流れ、時には泡さえも作り出さなければなりません。アイスクリームミックスからプロテインサプリメントに至るまで、特定の製品に対して適切な粉末を選択する必要がある食品科学者にとって、これらの粒子の微細な物理的詳細を理解することは極めて重要です。
ポーランドのオルシュティンにあるヴァルミア・マズリー大学の研究チームは、4種類の異なる乳製品粉末（脱脂粉乳、酸性ホエイ粉末、レンネットホエイ粉末、バターミルク粉末）の隠された物理的世界を調査することに乗り出しました。彼らの目的は、粒子の微視的な形状とサイズが、現実世界でどのように粉末が振る舞うかにどのように影響するかを明らかにすることでした。彼らは、粒子の容積に対する重量から、溶解のしやすさ、さらには泡立てた際の泡の形成能力に至るまで、あらゆる側面を調査しました。粒子を鮮明に捉えるために、科学者たちは強力な顕微鏡を使用して高解像度の画像を取得し、その後、数百個の個々の粒子の輪郭を分析してその不規則性を測定しました。その結果、最も複雑でギザギザとした形状を持つのはレンネットホエイ粉末であり、これが最も複雑な表面輪郭を有していることが分かりました。対照的に、脱脂粉乳の粒子はより滑らかで均一であり、酸性ホエイとバターミルクの粉末は、より大きな、しわのある凝集塊（アグロメレート）を作る傾向がありました。
この研究は、これらの微視的な違いが、粉末の機能に直接的かつ測定可能な影響を与えることを明らかにしました。非常に不規則で複雑な表面を持つレンネットホエイ粉末は、最も溶解性が高く、不溶性指数が最も低かったことから、他のものよりも完全に溶解することが分かりました。しかし、この複雑さゆえに、レンネットホエイ粉末は大量での取り扱いが困難でした。それは最も凝集性が高く、つまり粒子同士が強く付着するため、流動性が最も低いという結果になりました。また、押し固めた際の密度も最も高いものでした。一方、対照的なスペクトルの脱脂粉乳は、非常に容易に流れ、最も優れた濡れ性を示し、完全に水に浸るまでにわずか12.5秒しかかかりませんでした。一方で、レンネットホエイとバターミルクの粉末は、水を吸収し始めるまでに180秒以上を要しました。
研究者たちはまた、アイスクリームやホイップトッピングのような製品にとって重要な特性である、粉末がどれほど泡を作り、保持できるかをテストしました。ここでは、粉末の組成が大きな役割を果たしました。バターミルク粉末は、泡立てた際に181パーセントという最大の泡容量を生み出しましたが、その泡は時間の経過とともに安定性に欠けるものでした。脱脂粉乳は、初期の泡の量は小さいものの、30分間の観察期間を通じてその形状を維持する最も安定した泡を作り出しました。レンネットホエイ粉末は、泡を全く保持できず、30分間の窓の中で完全に崩壊しました。これらの結果は、明確なトレードオフが存在することを浮き彫りにしました。すなわち、最大の泡を作った粉末は、それらを安定して保持できる粉末ではなく、最も完全に溶けた粉末は、最も流れやすかった粉末ではなかったのです。
結局のところ、この研究は、乳製品粉末の機能的性能が単にその化学的な成分によるものではなく、その物理的な構造に深く根ざしていることを示しています。研究者たちは、画像の解析を用いて粒子の形状の複雑さを測定することが、粉末の挙動を予測するための有用な方法であることを発見しました。粒子のエッジのギザギザ具合と、溶解能力や流動性の関連性を結びつけることで、食品メーカーは特定の用途に対してどの粉末を使用すべきかについて、より情報に基づいた選択を行うことができます。この研究は、もし製品に迅速な溶解が求められるのであれば、より複雑な表面を持つ粉末が理想的であり、一方で機械を通じたスムーズな流れを必要とする製品には、より単純で均一な形状の粉末が適していることを示唆しています。粒子の目に見えない微小な幾何学的形状と、最終製品の大規模な挙動との間のこのつながりは、乳製品の品質を向上させるための実用的なツールを提供しています。
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