Buttermilk and Whey Powders: Microstructural Characteristics and Functional Properties
本研究表征了各种乳粉的微观结构和功能特性，揭示了凝乳酶乳清粉的流动性最差且分形维数最高，而脱脂奶粉显示出最佳的润湿性，证明了图像分析结合分形维数计算是评估粉体微结构以指导产品配方的有效工具。
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在现代食品工业中，将液态牛奶转化为稳定的、可运输的粉末是一项重塑了我们饮食方式的工程壮举。通过一种被称为喷雾干燥的过程去除水分，制造商制造出的产品可以在货架上存放数月而不变质，从而避开了长途运输过程中对冷藏的需求。然而，并非所有的奶粉都是同等品质的。所使用的原材料——无论是脱脂奶、制奶酪过程中的液体副产品，还是搅拌黄油后留下的残余物——都决定了最终粉末的行为特性。这些粉末不仅仅是静静地待在袋子里；它们必须能够快速溶解在水中，能够顺畅地流过机械设备，甚至有时还要能产生泡沫。了解这些颗粒微小的物理细节，对于需要为特定产品（从冰淇淋混合物到蛋白质补充剂）选择合适粉末的食品科学家来说至关重要。
来自波兰奥尔什丁瓦米亚-马祖里大学的一组研究人员致力于研究四种不同乳制品粉末（脱脂奶粉、酸乳清粉、凝乳乳清粉和酪乳粉）隐藏的物理世界。他们的目标是观察颗粒的微观形状和大小如何影响这些粉末在现实世界中的表现。他们研究了从粉末的体积密度到溶解难易度，再到搅拌时形成气泡的能力等方方面面。为了获得颗粒的清晰图像，科学家们使用了一台功能强大的显微镜来拍摄高分辨率图像，然后分析了数百个单个颗粒的轮廓，以测量其不规则程度。他们发现，属于凝乳乳清粉的颗粒具有最复杂、最锯齿状的形状，该粉末拥有最复杂的表面轮廓。相比之下，脱脂奶粉颗粒更加光滑且均匀，而酸乳清粉和酪乳粉则倾向于聚集成较大的、带有皱纹的团聚体。
研究表明，这些微观差异对粉末的功能有着直接且可衡量的影响。具有高度不规则和复杂表面的凝乳乳清粉被证明是溶解度最高的，其不溶性指数最低，表明其溶解得比其他粉末更完全。然而，正是这种复杂性使得凝乳乳清粉在散装处理时变得困难；它的凝聚力最强，意味着颗粒紧紧粘在一起，导致流动性最差。它在压实时的密度也最高。在光谱的另一端，脱脂奶粉流动非常容易，并表现出最佳的润湿性，仅需12.5秒即可完全润湿，而凝乳乳清粉和酪乳粉则需要超过180秒才能开始吸收水分。
研究人员还测试了这些粉末创造和保持泡沫的能力，这一特性对于冰淇淋和奶油顶等产品至关重要。在这里，粉末的成分起到了重要作用。酪乳粉在搅拌时产生的泡沫体积最大，容量达到了181%，但它产生的泡沫随时间推移稳定性较差。脱脂奶粉尽管产生的初始泡沫体积较小，却能创造出最稳定的气泡，在整个30分钟的观察期内都能保持形状。凝乳乳清粉则无法保持任何泡沫，在半小时窗口期内完全塌陷。这些结果凸显了一个明显的权衡：产生最大气泡的粉末并不是保持气泡稳定的那一个，而溶解得最完全的粉末也并非流动性最好的那一个。
最终，这项研究表明，乳制品粉末的功能表现不仅取决于其化学成分，而且深深植根于其物理结构之中。研究人员发现，使用图像分析来测量颗粒形状的复杂性，可以作为预测粉末行为的一种有效方法。通过将颗粒边缘的锯齿状程度与其溶解或流动能力联系起来，食品制造商可以更明智地选择用于特定用途的粉末。研究工作表明，如果一个产品需要快速溶解，具有更复杂表面的粉末可能是理想的选择；而如果一个产品需要通过机器进行平滑流动，则会受益于形状更简单、更均匀的粉末。这种微小的、不可见的颗粒几何形状与最终产品的宏观行为之间的联系，为提高乳制品质量提供了一个实用的工具。
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