Caking of lactose-free milk powders in storage and transport conditions

Abstract

Demand for lactose-free milk powders has increased due to growing awareness of lactose intolerance. These powders, known for their extended shelf-life, are often transported over long distances, exposing them to changing environmental conditions that can lead to undesired physicochemical changes, specifically caking. Theoretical insights highlight the high hygroscopic nature of lactose-free milk powders, with moisture content, temperature, and consolidation identified as key factors influencing caking. Understanding and examining this phenomenon is important for maintaining product quality and customer satisfaction.

This thesis investigates the caking of lactose-free skim milk powder (SMP) and whole milk powder (WMP) under different environmental conditions. Caking was examined for two months, utilizing analytical methods such as wide-angle X-ray scattering (WAXS), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM).

Lactose-free SMP and WMP did not experience severe caking under milder transport and storage conditions, although physical changes in particle properties and structure were observed. Minor changes in temperature and moisture content significantly influenced the onset of caking, emphasizing the importance of optimal storage conditions. Carbohydrates were identified as the main cause of hard cake formation. SMP formed harder cakes than WMP due to its higher carbohydrate content and absence of fat. Consolidation stress was also found to induce caking, with significant effects under severe pressure.

Laktoosittomien maitojauheiden kysyntä on kasvanut, sillä ihmiset ovat yhä tietoisempia laktoosi-intoleranssista. Maitojauheilla on pitkä säilyvyysaika, minkä vuoksi ne ovat suosittuja ja niitä kuljetetaan pitkiä matkoja. Tällöin jauheet altistuvat muuttuville ympäristöolosuhteille, mikä voi johtaa ei-toivottuihin fysikaaliskemiallisiin muutoksiin kuten paakkuuntumiseen. Laktoosittomat maitojauheet ovat erittäin hygroskooppisia, ja kosteuspitoisuus, lämpötila sekä paino on tunnistettu keskeisiksi paakkuuntumista aiheuttaviksi tekijöiksi. Paakkuuntumisilmiön ymmärtäminen ja tutkiminen on tärkeää tuotteen laadun sekä asiakastyytyväisyyden säilyttämiseksi.

Tämä tutkielma tutkii laktoosittoman rasvattoman maitojauheen (SMP) ja täysmaitojauheen (WMP) paakkuuntumista eri ympäristöolosuhteissa. Paakkuuntumista tutkittiin kahden kuukauden ajan hyödyntäen analyyttisiä menetelmiä kuten differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC), pyyhkäisyelektronimikroskopia (SEM), Fourier-muunnos infrapunaspektroskopia (FTIR) ja laajakulmaröntgendiffraktio (WAXS).

Laktoositon SMP ja WMP eivät paakkuuntuneet merkittävästi normaaleissa kuljetus- ja varastointiolosuhteissa, vaikka partikkelien ominaisuuksissa havaittiin joitakin fysikaalisia muutoksia. Pienet lämpötilan ja kosteuspitoisuuden muutokset vaikuttivat merkittävästi paakkuuntumiseen. Hiilihydraatit tunnistettiin pääasialliseksi syyksi kovien paakkujen muodostumisessa. Painon todettiin myös aiheuttavan paakkuuntumista, ja mitä voimakkaampi paino, sitä voimakkaampi vaikutus.