Effect of the technological history on the heat denaturation kinetics of whey proteins

Engineering school

Inglés. In the dairy industry, dairy industry of heat-plate exchangers is a recurring phenomenon that seriously challenges production costs. Therefore, it is interesting to understand the fouling phenomenon in order to limit it. Several hypotheses have been put forward to explain protein fouling. Industrial observations indicate that fouling is impacted by under vacuum evaporation/spray drying/rehydration operations. This study is based on the hypothesis that a modification of the protein structure generated by these operations could further impact the denaturation kinetics of the whey proteins and the fouling of heat-plate exchangers. To verify this hypothesis, a permeate of microfiltration (852FB) was used in liquid form before under vacuum evaporation/spray drying/rehydration operations and in powder form after these operations. The aim of the study was to compare the kinetic parameters of protein denaturation of the liquid and reconstituted powder solutions. Heat treatments were carried out on protein solutions at several temperatures and different heating times and residual native proteins were quantified by RP-HPLC. The rate constant, k, the reaction order, n and the activation energy, Ea, of the denaturation of whey proteins were estimated using two fitting methods: the “two-step” method, which estimates the parameters in two steps and the NLSLM method, which estimates all kinetic parameters simultaneously. The results obtained showed that the NLSLM method is more accurate than the two-step method for fitting experimental results. On the other hand, the kinetic parameters of the powder solution and those of the liquid solution were not statistically different. Consequently, the fouling of heat plate-exchangers cannot be explain by the protein denaturation induced by under vacuum evaporation/spray drying/rehydration operations. Further studies are required to perfectly understand the parameters that influence whey protein fouling during industrial operations.

Francés. En industrie laitière, l'encrassement des échangeurs à plaques est un phénomène récurrent qui remet sérieusement en cause les coûts de production. Il est donc intéressant de comprendre cephénomène afin de le limiter. Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer l'encrassementdes protéines. Les observations industrielles indiquent que l'encrassement est influencé par les opérations d'évaporation sous vide, de séchage par pulvérisation et de réhydratation. Cette étude est basée sur l'hypothèse qu'une modification de la structure des protéines générée par cesopérations pourrait avoir un impact supplémentaire sur la cinétique de dénaturation des protéines du lactosérum et sur l'encrassement des échangeurs à plaques. Pour vérifier cette hypothèse, un perméat de microfiltration (852FB) a été utilisé sous forme liquide avant les opérations d'évaporation sous vide, de séchage par atomisation et de réhydratation, et sous forme de poudre après ces opérations. Le but de l'étude était de comparer les paramètres cinétiques de dénaturation des protéines des solutions liquides et en poudre reconstituées. Des traitements thermiques ont été effectués sur les solutions de protéines à plusieurs températures et différents temps de chauffe et les protéines natives résiduelles ont été quantifiées par RP-HPLC. La constante de vitesse, k, l'ordre de réaction, n et l'énergie d'activation, Ea, de la dénaturation des protéines du lactosérum ont été estimés à l'aide de deux méthodes d'ajustement : la méthode « two-step » qui estime les paramètres en deux étapes et la méthode NLSLM, qui estime tous les paramètres cinétiques simultanément. Les résultats obtenus ont montré que la méthode NLSLM est plus précise que la méthode « two-step » pour l'ajustement des résultats expérimentaux. En revanche, les paramètres cinétiques de la solution en poudre et ceux de la solution liquide n'étaient pas statistiquement différents. Par conséquent, l'encrassement des échangeurs à plaques ne peut pas être expliqué par la dénaturation des protéines induite par les opérations d'évaporation sous vide, de séchage par pulvérisation et de réhydratation. Des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre parfaitement les paramètres qui influencent l'encrassement des protéines du lactosérum lors des opérations industrielles.