Investigation into the reconstitution, structure and formation of dairy derived systems and gels: Use of Advanced Microscopy and Ultrasound Spectroscopy

Fremstilling, transport og rekonstituering af mejeribaseret pulver er af industriel interesse på verdensplan. Det er nødvendigt at forstå og karakterisere produktionsprocessen fysisk for at muliggøre fremstilling af et slutprodukt med samme kvalitet som det der kan fremstilles med frisk mælk som udgangspunkt. Ved anvendelse af højopløst mikroskopi og ultralydspektroskopi giver projektet et overblik over dynamik, interaktioner og strukturelle egenskaber af rekonstituerede mejeriprodukter. Lydens hastighed og den akustiske dæmpning afhænger generelt af et materiales fysiske egenskaber. Ultralyds-reflektionsspektroskopi er i projektet blevet brugt til at overvåge ændringer i suspensioner af mejeripulver over tid og til at følge selvsamlingen af proteiner som funktion af ændret pH. Ved analyse af det akustiske dæmpningsspektrum kan vi måle størrelsen af partikler i koncentrerede kolloidale suspensioner uden fortynding. Metoden er følsom over for langsomme rehydreringsprocesser i rekonstituerede systemer.

Ved anvendelse af højopløst optisk mikroskopi (STED) er det muligt at afbilde geler, hvor proteinstrukturer kan opløses på en skala under 100 nm. Metoden er ikke-invasiv, når der ses bort fra tilsætning af små mængder af fluorescens-farvestof . En metode til kvantitativ billedanalyse er blevet udviklet, som benytter sig af en empirisk valideret model til at udtrække størrelsen af proteindomæner, inter-pore afstanden og den fraktale dimension af proteinnetværket. Disse tre parametre kan benyttes til at skelne mellem geler produceret fra frisk eller rekonstitueret mælk og mellem geler induceret ved at sænke pH eller ved tilsætning af osteløbe. Ved hjælp af to-farve fluorescens-mikroskopi kan størrelsen af fedtdråber bestemmes, og afstanden mellem fedtdråber og den lokale proteinfordeling udenom dråber bestemmes. Det viser sig at afstanden mellem fedt og protein ændres markant ved homogenisering. Mængden og fordelingen af protein omkring individuelle fedtdråber kan bestemmes i en lokal analyse af et udvalgt område. Ved hjælp af Raman mikroskopi baseret på Kohærent Anti-Stokes Raman Spredning (CARS) kan man opnå en label-fri, negativ kontrol for brugen af fluorescerende farvestoffer i STED mikroskopi. Afbildning af fluorescenslevetiden for særlige farvestoffer kan give et rumligt opløste billede af mikroviskositeten af mejeri-geler og resultaterne kan korreleres til forskellige grader af vandbinding i geler produceret fra mælk med forskellig termisk forhistorie. 

Samlet set har kombinationen af ovennævnte teknikker har vist sig yderst effektiv, og giver en unik mulighed for at karakterisere rekonstituerede mejeri-geler med en væsentlig forbedret tidslig og rumlig opløsning.