Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The different characteristics of many food products, such as aroma and texture, changes during storage time and become undesirable. The reason is instabilities within the product which become prominent as the product ages. These changes in characteristics are quality losses caused by changes in the product’s intrinsic and extrinsic environment. The stability in UHT-milk and beverages similar to it have been studied in the past decades and a certain focus have been on age gelation which is a common
defect in these type of products. Research concerning instabilities in milk-based UHT-beverages containing
carrageenan are few. The main objective of the present study was to study the stability of an UHT-milk beverage fortified with protein and containing carrageenan. The specific aim was to study structural changes occurring during twelve weeks of storage and the following five products were analysed: T1 (low pH; low carrageenan), T2 (high pH; low carrageenan), T3 (low pH; high carrageenan),
T4 (high pH; high carrageenan) and a reference (center point). The products consequently had two factors varied at three levels; high and low pH and high and low concentration of carrageenan; and a center point with values between high and low. The microstructures of the samples were studied using bright field microscopy, confocal laser scanning microscopy and transmission electron microscopy.

In addition the particle size and particle concentration were measured using a NanoSight and the results were further analysed using factorial design and Student’s t-test. The pH was analysed by an ANOVA and Student’s t-test and visual sensory analysis was carried out to detect structural changes in the products during storage.
The results from bright field microscopy and visual sensory analysis confirmed that there were structural differences among samples which appeared after different times of storage. The instabilities were observed in the following order starting with the most unstable sample first: T4, Ref, T2, T3 and T1.

The results from the pH-measurements showed that the pH increased significantly in T1 and decreased significantly in T4 and the reference between week 0 and week 12. The results from the particle size measurements showed that the particle size increased significantly in samples T3, T4 and reference and decreased significantly in T1 between week 0 and week 8. In the beginning of storage the size was
affected by the amount of carrageenan in the sample, and after eight weeks of storage the size was affected by an interaction between pH and carrageenan. The results from the measurements of particle concentration showed that the number of particles significantly decreased between week 0 and week 8 in all samples. The amount of carrageenan, pH level and time affected the number of particles in the
samples.

The complexity of the products made it hard to conclude what was causing the observed instabilities, resulting only in hypothetical suggestions. The conclusion from the study was however that pH was of primary importance for the stability of this product, where a higher pH seemed to result in less stable products. The effect of carrageenan in this product seemed to be only of secondary importance for product stability.

De olika egenskaperna hos livsmedel, så som arom och textur, förändras under lagringstiden och resulterar
oftast i oönskade egenskaper. Förändringarna beror oftast på instabilitet i produkten som visar sig
efter en viss lagringstid, där orsaken vanligtvis är förändringar i produktens inre eller yttre miljö. Forskare
har i flera decennier undersökt stabilitet i UHT-mjölk och liknande produkter och fokus har oftast
lagts på den så kallade ålders gelningen som är en vanlig kvalitetsdefekt i denna typ av produkt.
Forskning gällande instabilitet i mjölkbaserade UHT-drycker som innehåller karragenan är däremot få.
Huvudsyftet med denna studie var att undersöka stabiliteten i en mjölkbaserad UHT-dryck berikad
med protein och kolhydrater samt innehållandes karragenan. Det specifika syftet var att studera strukturella
förändringar som skedde under en tolv veckors lagringsperiod där följande fem produkter analyserades:
T1 (lågt pH, låg karragenan), T2 (högt pH, låg karragenan), T3 (lågt pH, hög karragenan),
T4 (högt pH, hög karragenan) och en referens (mittpunkt). Produkterna hade två faktorer som varierades
på tre nivåer; högt och lågt pH samt hög och låg koncentration av karragenan; och en mittpunkt
med värden mellan högt och lågt. Mikrostrukturerna hos proverna studerades med hjälp av ljusmikroskopi,
konfokalmikroskopi och transmissions elektronmikroskopi. Partikelanalys användes för att bestämma
partikelstorleken och partikelkoncentrationen i de olika proverna och mättes med hjälp av en
partikelstorleksmätare, NanoSight. Resultaten från dessa mätningar analyserades med hjälp av faktoriell
design och t-test. Mätningar av pH genomfördes kontinuerligt och analyserades med hjälp av
ANOVA och t-test, dessutom genomfördes visuella sensoriska analyser för att studera strukturella
skillnader hos produkterna under lagringen.
Resultaten från ljusmikroskopin samt den visuella sensoriska analysen bekräftade att det fanns strukturella
skillnader mellan produkterna som framträdde efter olika lagringstider. Instabiliteten observerades
i följande ordning, där den första var mest instabil: T4, Ref, T2, T3 och T1. Resultaten från pHmätningarna
visade att pH ökade signifikant i T1 och minskade signifikant i T4 och referensen. Partikelanalysen
visade att partikelstorleken ökade signifikant i T3, T4 och referensen och minskade signifikant
i T1 mellan vecka 0 och vecka 8. Den faktoriella designen visade partikelstorleken påverkades
av koncentrationen av karragenan i produkten och efter åtta veckors lagring visade det sig att pH och
karragenan tillsammans hade en interaktionseffekt på partikelstorleken. Resultaten från mätningarna
av partikelkoncentrationen visade att antalet partiklar minskade signifikant mellan vecka 0 och vecka 8
i alla prover. Partikelkoncentrationen påverkades av interaktionen mellan samtliga faktorer som varierades
i produkterna.
Produktens komplexitet gjorde det svårt att dra slutsatser kring vad som orsakade instabiliteten i de
olika produkterna, vilket resulterade i endast hypotetiska orsaksförslag. Den generella slutsatsen från
studien var att pH troligtvis hade en primär betydelse för stabiliteten i denna produkt, där ett högre pH
verkade resultera i en mer ostabil produkt. Mängden karragenan verkade däremot endast ha en sekundär
betydelse för produktstabiliteten.