Dairy Science & Technology

, Volume 90, Issue 2–3, pp 225–236 | Cite as

The influence of stirring speed, temperature and solid concentration on the rehydration time of micellar casein powder

  • Romain Jeantet
  • Pierre Schuck
  • Thierry Six
  • Christophe Andre
  • Guillaume Delaplace
Original Article

Abstract

Rehydration is an essential quality attribute of dairy powders. Before industrial use, most powders are generally dissolved in mechanically stirred tanks in order to obtain a homogeneous solution as quickly as possible. The purpose of the present study was to investigate the effect of stirring conditions on the rehydration properties of a micellar casein powder. The powder particle size distribution was initially monitored during rehydration process under various conditions: hydrodynamic (400–1000 rpm), temperature (26–30 °C) and solid concentration (4.8–12% [w/w]) conditions. Then, the time required to achieve a predetermined rehydration value was determined. Finally, rehydration times were correlated to hydrodynamic conditions using a process relationship obtained from experimental data and dimensional analysis. The results showed that increasing temperature and/or agitation resulted in decreasing the rehydration time and analysis of the data enabled their respective influences to be compared. For example, increasing the temperature by only 4 °C has the same influence on rehydration time as doubling the stirring speed. Therefore, it could be concluded that temperature has a major effect on rehydration behaviour. The process relationship suggested that for the mixing system investigated, under isothermal conditions and for the range of flow conditions and suspensions studied, the number of revolutions required to achieve a desired degree of rehydration is independent of the impeller rotational speed. However, increasing the solid concentration from 4.8% to 12% significantly increased the number of revolutions required. These results are consistent with the hydrodynamic theory that higher stirring speeds are required at higher solid concentrations in freshly suspended powders.

rehydration time micellar casein mixing temperature solid concentration 

Nomenclature

Letters

C0.05

confidence interval at P ≤ 0.05 level

CB

bottom clearance (m)

d0.5

mean powder particle diameter calculated from the granulometric distribution (μm)

d*

normalized particle diameter or rehydration rate (−)

d

agitator diameter (m)

D

diffusion coefficient (m2·s−1)

Fr

Froude number (−)

g

gravitational acceleration (m·s−2)

H

rehydration solution level (m)

HL

agitator height (m)

N

stirring speed (rpm)

Njs

just suspended stirring speed (rpm)

Re

Reynolds number (−)

Sc

Schmidt number (−)

trX

time required to achieve a predetermined value X of rehydration rate d* (s)

T

vessel diameter (m)

Greek symbols

ϕ

solid/liquid concentration (w/w %)

μ

dynamic viscosity (Pa·s)

θ

temperature (°C)

ΘrX

rehydration time number (−)

ρ

density (kg·m−3)

Influence de la vitesse d’agitation, de la température et de la concentration sur le temps de réhydratation de la caséine micellaire

Résumé

L’aptitude à la réhydratation est une propriété essentielle des poudres laitières car la plupart d’entre elles sont réhydratées avant usage. Cette opération est généralement effectuée en cuve agitée afin d’obtenir une solution homogène aussi vite que possible. L’objectif de cette étude était de déterminer l’influence de la vitesse d’agitation sur le temps de réhydratation d’une poudre de caséine micellaire. L’évolution de la distribution de taille des particules a été mesurée en fonction du temps au cours d’essais de réhydratation sous différentes conditions d’agitation (400 à 1000 tour·min−1), de température (26 à 30 °C) et de concentration solide/liquide (4,8 à 12 % (p/p)). À partir des évolutions obtenues pour chacune des conditions expérimentales, un temps de réhydratation nécessaire pour atteindre un degré donné de réhydratation a ensuite été déterminé. Enfin, les temps de réhydratation mesurés ont été corrélés aux conditions hydrodynamiques par une relation de procédé découlant des données expérimentales et d’une analyse dimensionnelle. Les résultats obtenus permettent de comparer les effets respectifs d’une augmentation de la température et/ou de l’agitation sur le temps de réhydratation: une augmentation de seulement 4 °C (26 à 30 °C) se traduit par la même diminution du temps de réhydratation qu’un doublement de la vitesse d’agitation (400 à 800 tour·min−1). On peut ainsi conclure à un effet prépondérant de la température sur le processus de réhydratation. La relation de procédé obtenue montre que, pour le mélangeur utilisé, en conditions isothermes et sur les gammes de vitesse d’agitation et de concentration testées, le nombre de révolutions nécessaire pour atteindre un degré de réhydratation donné est indépendant de la vitesse d’agitation. Cependant, ce nombre augmente significativement avec la concentration de la solution lorsque la concentration augmente de 4,8 à 12 %. Ces résultats sont en accord avec la théorie hydrodynamique, la vitesse minimale de mise en suspension des particules croissant avec la concentration.

temps de réhydratation caséine micellaire mélange température concentration 

Abstract

(400 ∼ 1000 rpm) (26 ∼ 30 °C) (4.8 ∼ 12% w/w) 4 °C 4.8% 12%,

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Copyright information

© INRA, EDP Sciences 2009

Authors and Affiliations

  • Romain Jeantet
    • 1
    • 2
  • Pierre Schuck
    • 1
    • 2
  • Thierry Six
    • 3
  • Christophe Andre
    • 4
  • Guillaume Delaplace
    • 3
  1. 1.INRAUMR1253RennesFrance
  2. 2.AGROCAMPUS OUESTUMR1253RennesFrance
  3. 3.INRAUPR638Villeneuve d’AscqFrance
  4. 4.Laboratoire de Génie des procédésHEILilleFrance

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