Étude de la dynamique de l'agrégation des micelles de caséines lors de l'acidification du lait PDF Download
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La compréhension des mécanismes réactionnels engagés dans la gélification acide du lait implique une connaissance de l'agrégation des micelles de caséines et des différentes étapes conduisant à la formation du gel laitier. Deux techniques instrumentales ont été utilisées au cours de cette étude, une technique de diffusion statique de la lumière aux petits angles (DSL) et une technique de diffusion de la lumière en milieu turbide (DWS, diffusing wave spectroscopy). L'étude par DSL a permis de suivre les étapes de l'agrégation micellaire en milieu dilué et de calculer la dimension fractale des agrégats acides obtenus. Les résultats montrent, lors de l'acidification, l'apparition de quatre familles successives de particules, dont la première correspond aux micelles de caséines et les trois suivantes à des agrégats de taille croissante. La dimension fractale calculée indique une valeur d'environ 1,8 et serait représentative d'une agrégation amas-amas limitée par la diffusion (DLCA). Par DSL, il apparaît que la vitesse de croissance des agrégats caséiques est influencée par le rapport caséines/protéines sériques natives et le traitement thermique du lait alors que la structure fractale des agrégats caséiques n'est modifiée significativement que dans le cas du traitement thermique du lait où une structure plus poreuse est observée. L'étude par DWS a permis de caractériser les transformations macroscopiques qui se manifestent au sein du système au cours du processus d'acidification. Les résultats obtenus en DWS montrent l'existence d'une phase d'agrégation des micelles de caséines dès pH 4,9 préliminaire à la gélification du lait à pH 4,8.
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La compréhension des mécanismes réactionnels engagés dans la gélification acide du lait implique une connaissance de l'agrégation des micelles de caséines et des différentes étapes conduisant à la formation du gel laitier. Deux techniques instrumentales ont été utilisées au cours de cette étude, une technique de diffusion statique de la lumière aux petits angles (DSL) et une technique de diffusion de la lumière en milieu turbide (DWS, diffusing wave spectroscopy). L'étude par DSL a permis de suivre les étapes de l'agrégation micellaire en milieu dilué et de calculer la dimension fractale des agrégats acides obtenus. Les résultats montrent, lors de l'acidification, l'apparition de quatre familles successives de particules, dont la première correspond aux micelles de caséines et les trois suivantes à des agrégats de taille croissante. La dimension fractale calculée indique une valeur d'environ 1,8 et serait représentative d'une agrégation amas-amas limitée par la diffusion (DLCA). Par DSL, il apparaît que la vitesse de croissance des agrégats caséiques est influencée par le rapport caséines/protéines sériques natives et le traitement thermique du lait alors que la structure fractale des agrégats caséiques n'est modifiée significativement que dans le cas du traitement thermique du lait où une structure plus poreuse est observée. L'étude par DWS a permis de caractériser les transformations macroscopiques qui se manifestent au sein du système au cours du processus d'acidification. Les résultats obtenus en DWS montrent l'existence d'une phase d'agrégation des micelles de caséines dès pH 4,9 préliminaire à la gélification du lait à pH 4,8.
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LA COMPREHENSION DES MECANISMES IMPLIQUES DANS LA COAGULATION ACIDE DU LAIT REPOSE SUR L'ETUDE DE L'EVOLUTION DES MICELLES DE CASEINE AU COURS DU PROCESSUS D'ACIDIFICATION. CETTE ETUDE A ETE ABORDEE SELON TROIS APPROCHES DIFFERENTES: UNE APPROCHE RHEOLOGIQUE, UNE APPROCHE BIOCHIMIQUE ET UNE APPROCHE MICROSCOPIQUE. L'ETUDE RHEOLOGIQUE A PERMIS DE SUIVRE LES TRANSFORMATIONS MACROSCOPIQUES QUI SE MANIFESTENT AU SEIN DU SYSTEME AU COURS DU PROCESSUS D'ACIDIFICATION. SUR LE PLAN BIOCHIMIQUE, LES RESULTATS OBTENUS ONT MONTRE QUE CES TRANSFORMATIONS S'ACCOMPAGNENT D'IMPORTANTES MODIFICATIONS AU NIVEAU DE LA COMPOSITION ET DE L'HYDRATATION DES MICELLES DE CASEINE. L'ETUDE MICROSCOPIQUE DE L'ACIDIFICATION DU LAIT A NECESSITE LE DEVELOPPEMENT DE PLUSIEURS METHODES DE PREPARATION ADAPTEES AUX ECHANTILLONS DE LAIT ACIDIFIE. CES METHODES DE PREPARATION ONT ALORS PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EXISTENCE DE DIFFERENTS STADES D'INTERACTION MICELLAIRE EN FONCTION DU PH ET, EN PARTICULIER, D'UN ETAT DE FUSION MICELLAIRE TOUT A FAIT CARACTERISTIQUE ENTRE PH 5,3 ET PH 5,2. CETTE DERNIERE APPROCHE A PERMIS DE DONNER UNE SIGNIFICATION MICROSCOPIQUE AUX DIFFERENTS RESULTATS OBTENUS PAR LE BIAIS DES METHODES RHEOLOGIQUES ET BIOCHIMIQUES UTILISEES. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS FAIT APPARAITRE QUATRE PHASES SUCCESSIVES AU COURS DESQUELLES LES MICELLES DE CASEINE VONT PROGRESSIVEMENT PERDRE LEURS PROPRIETES INITIALES POUR EN ACQUERIR DE NOUVELLES. L'ETAT DE FUSION MICELLAIRE OBSERVE ENTRE PH 5,5 ET PH 5,0, APPARAIT AINSI COMME UN ETAT DE TRANSITION ENTRE LES MICELLES DE CASEINE INITIALES ET LES NOUVELLES PARTICULES DE CASEINE QUI ENTRENT DANS LA CONSTITUTION DU GEL PROTEIQUE FINAL
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La coagulation mixte du lait, induite par action conjuguée d'un agent acidifiant et d'une enzyme protéolytique, représente la phase initiale de la fabrication des fromages. Une légère variation physicochimique du lait, notamment l'ajustement à un pH donné, semble agir de façon prépondérante sur le type de fromage fabriqué. Les propriétés macroscopiques, soit les propriétés rhéologiques et sensorielles d'un gel de lait peuvent-elles être considérées comme gouvernées par l'état physicochimique initial des micelles de caséines ? Les mécanismes d'agrégation des micelles de caséines ont été étudiés par l'analyse de cinétiques spectrophotométriques et granulométriques. L’approche structurale de l'agrégation et de la gélification a été réalisée par application du concept de la géométrie fractale. Les propriétés mécaniques des gels ont été caractérisées par l'analyse de leurs modules viscoélastiques en oscillation dynamique. Dans une première partie, l'influence de la température et de la vitesse d'agrégation sur le mécanisme d'agrégation des micelles de caséines est montrée. Il s'avère que malgré un mode de déstabilisation des micelles de caséines différent, la structure des agrégats acides et enzymatiques ainsi formés évolue dans le même sens. Dans une deuxième et une troisième parties, les mécanismes d'agrégation-coagulation mixte du lait sont étudies et modélisés à partir des connaissances acquises sur l'agrégation-coagulation acide et enzymatique. Il apparait que la valeur du pH à l'emprésurage influence les étapes ultérieures de la coagulation du lait. Le comportement particulier de la voluminosité des micelles de caséines mis en évidence autour du pH 6,00 déterminerait la structure des agrégats et des gels ainsi que le comportement mécanique de ces derniers.
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LA SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE, CONSTITUANT LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL, SE DIVISE SELON TROIS THEMES: LA STRUCTURE, LES PROPRIETES COLLOIDALES ET LE COMPORTEMENT EN MILIEU ACIDE DES MICELLES DE CASEINE DU LAIT. L'ACIDIFICATION PAR HYDROLYSE DE GLUCONO-DELTA-LACTONE CONDUIT A LA GELIFICATION DU LAIT. LE SUIVI OPTIQUE DE CE PROCESSUS (CHAPITRE II) DANS DIVERSES CONDITIONS DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATIONS EN GDL ABOUTIT A LA VALIDATION D'UNE METHODE TURBIDIMETRIQUE BASEE SUR LA REFLEXION DE LA LUMIERE. LE COMPORTEMENT DES MICELLES DE CASEINE DURANT L'ACIDIFICATION EST ETUDIE (CHAPITRE III) GRACE A DIVERSES TECHNIQUES COLLOIDALES TELLES LA VISCOSIMETRIE CAPILLAIRE, LA GRANULOMETRIE LASER OU LA MOBILITE ELECTROPHORETIQUE (POTENTIEL ZETA). CONFORTEE PAR DE NOMBREUX TRAVAUX DE LA LITTERATURE, UNE REPRESENTATION SCHEMATIQUE DES MECANISMES MICELLAIRES CONDUISANT A LA GELIFICATION DU LAIT EST FINALEMENT PROPOSEE. AINSI LA NEUTRALISATION DES FORCES DE REPULSION ELECTROSTATIQUES DES MICELLES PROVOQUERAIT UNE CONTRACTION DE L'ENVELOPPE PROTEIQUE ET UNE FRAGILISATION DE LEUR STRUCTURE INTERNE. SOUMISES A L'AGITATION BROWNIENNE, LES COLLISIONS ENTRE CES PARTICULES DESTABILISEES RESULTERAIENT EN LEUR FLOCULATION. LA FORMATION D'AGREGATS CASEIQUES EST FINALEMENT (CHAPITRE IV) TRAITEE SELON LA THEORIE DES FRACTALS. LES VALEURS DE DIMENSION FRACTALE (D) OBTENUES PAR SPECTROPHOTOMETRIE SONT EN ACCORD AVEC CELLES DE LA LITTERATURE. LA DEPENDANCE DE D AVEC LA TEMPERATURE D'ACIDIFICATION METTRAIT EN EVIDENCE UNE STRUCTURE PLUS COMPACTE AVEC LES BASSES TEMPERATURES.
Author: Mohamed El Mustapha Ould Eleya Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 148
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En se posant la question de l'universalité des mécanismes de la coagulation acide, on a choisi d'étudier l'influence de l'acidification et de la température sur trois types de lait: le lait de vache (Bos taurus), le lait de chèvre (Capra hircus) et le lait de brebis (Ovis aries), très différents par leur composition et par les propriétés et caractéristiques de leurs micelles. Le suivi de l'acidification des laits de vache, de chèvre et de brebis par hydrolyse de glucono-delta-lactone a permis de mettre en évidence deux comportements distincts, selon la température. Un comportement dit aux basses températures, observé pour les laits de vache et de brebis à 15 et 20°C et pour le lait de chèvre à 15, 20 et 30°C, et un comportement dit aux hautes températures, observé pour les laits de vache et de brebis à 30 et 40°C et pour le lait de chèvre à 40°C. Pour les trois types de lait, on montre que la structure des agrégats acides de micelles de caséines et celle des gels acides est de nature fractale. La diminution de la température entraine une densification de la structure des agrégats. Les différences entre les structures des agrégats caséiques des trois types de lait sont reliées aux différences de composition et de caractéristiques des micelles de caséines natives et leurs comportements vis-à-vis des modifications du pH et de la température. Ces résultats sont également discutés par rapport aux résultats des simulations numériques de l'agrégation colloïdale. À la fin de l'étude, on engage des réflexions nouvelles sur les aspects cinétiques de la coagulation acide, sur la structure des micelles caprine et ovine comparée avec la micelle bovine et enfin sur les relations entre phases d'agrégation et de gélification
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L'incidence d'un ajout de minéraux sur les micelles et l'aptitude à la coagulation enzymatique d'un lait soumis à un traitement d'acidification sous pression de CO2 réversible ont été étudiées au moyen de la méthodologie des surfaces de réponse. La première partie de ce travail est consacrée à l'étude du procédé de carbonatation. Parmi les différents modes de dégazage testés, seul un dégazage sous vide permet le retour au pH initial sans modification de la force ionique. Ce traitement de carbonatation/dégazage induit la formation de néo-micelles comparables aux micelles originelles. Cependant, lorsque l'acidification est réalisée à des pH inférieurs à 5,8, l'association du PCCi avec les caséines et la réactivité de surface des micelles sont modifiées, provoquant une avancée du point de gel et une augmentation de la vitesse de raffermissement au cours de la coagulation "présure". La seconde partie de ce travail a consisté à faire varier les concentrations de calcium et de phosphate ajoutés. Les surfaces de réponse obtenues montrent que l'ajout de calcium est le facteur le plus déterminant sur la composition des micelles et favorise les flux de Ca, P, Mg et protéines de la phase soluble vers la phase micellaire pour des ajouts inférieurs à 17,5 mmol.kg-1. Dans ce cas, le calcium intègre la micelle en s'associant prioritairement au PCCi et pour des ajouts supérieurs, il se lie aussi aux protéines de manière directe. La taille des micelles et l'aptitude du lait à la coagulation enzymatique sont corrélés au rapport molaire micellaire Ca/P. Une augmentation de ce rapport entraîne une diminution de la taille des micelles provoquant ainsi une avancée du point de gel et une augmentation de la vitesse de raffermissement alors qu'une diminution de ce rapport induit les effets inverses. La troisième partie nous a permis de relier l'état du PCCi à la réactivité de surface micellaire et de proposer des modèles de structure micellaire basés sur les équilibres entre les interactions hydrophobes et les forces électrostatiques.
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La déstabilisation du lait UHT au cours du stockage sous forme d’un gel ou d’un sédiment, peut résulter d’une déstabilisation des micelles de caséines par des réactions enzymatiques ou physicochimiques. Souvent complexes et multifactorielles, pas toujours bien évaluées ni prédites par les tests de stabilité, ces déstabilisations sont une réelle problématique industrielle et scientifique. L’objectif de ce travail était d’étudier les relations entre les caractéristiques des micelles de caséines et la stabilité du lait. Les facteurs influençant ces relations au niveau des tests de stabilité et pour les laits soumis à la stérilisation UHT et au stockage ont été déterminés. Des analyses au niveau moléculaire, supramoléculaire et macroscopique de différents laits ont été réalisées. Dans une première partie, nous avons montré que la réponse des principaux tests de stabilité, à savoir les tests à la chaleur, à l’éthanol et au phosphate, était influencée par des facteurs spécifiques correspondant aussi bien aux caractéristiques de la micelle de caséines que de son environnement physico-chimique. Aucun facteur n’était trouvé commun aux trois tests et seulement cinq étaient spécifique de chacun, pourrait expliquer l’absence de corrélation entre les réponses des trois tests. Le mécanisme du test au phosphate a fait l’objet d’une étude plus approfondie. Nous avons observé que l’ajout de fortes concentrations de KH2PO4 à du lait cru écrémé modifiait les équilibres minéraux et résultait en une solubilisation préférentielle des caséines as1 puis β. Les micelles de caséines, alors déstructurées, s’agrégeaient, la teneur en eau des culots d’ultracentrifugation augmentait et le lait gélifiait. Ces modifications étaient quantativement plus importantes lorsque le pH du mélange était ajusté au pH du lait que lorsqu’il dérivait vers des pH acides
Author: Sana Raouche Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 210
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La carence en fer est le désordre nutritionnel le plus fréquent avec de graves conséquences tant au niveau des individus qu'au niveau des nations. L'objectif de la thèse est de résoudre les problèmes technologiques liés à la fortification en fer des produits laitiers. Le travail s'est articulé autour de l'optimisation du procédé de carbonatation dans un premier temps puis de la vectorisation du fer dans le lait. Le procédé d'acidification réversible par injection de CO2, présentant l'avantage de ne pas modifier la force ionique du lait, a été étudié et optimisé. Ce procédé a permis d'apporter des éléments de compréhension concernant la dynamique d'organisation des micelles de caséine et de structuration des gels laitiers. La réorganisation du phosphate de calcium colloïdal (PCC) est gouvernée par le pH de carbonatation, tandis que l'organisation des caséines dépend de la température de traitement. Contrairement à la coagulation "présure", la formation des gels "acides" ne dépend ni de la forme du PCC, ni de l'organisation des caséines au sein des micelles dans la gamme de paramètres de carbonatation étudiée. Des laits écrémés reconstitués fortifiés en FeCl2 et FeCl3 jusqu'à 20mmol Fe/kg et soumis ou non à un traitement de carbonatation ont été étudiés pendant un jour de stockage à 30°C. La spectrométrie Mössbauer du 57Fe montre que le fer est engagé dans des liaisons de coordination octaédriques avec le Pi et le Po. La carbonatation (i) améliore le rendement de fixation du fer dans les micelles de caséine, (ii) le temps de prise en gel des gels "présure" et (iii) accélère l'oxydation de Fe2+. Les résultats prometteurs de l'évaluation de la biodisponibilité du fer dans le lait sont à considérés avec précaution
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LES EFFETS D'UN TRAITEMENT PAR DU CO#2 SOUS PRESSION COUPLE A UN DEGAZAGE SUR LA PHASE COLLOIDALE DU LAIT ONT ETE ETUDIES. CE TRAITEMENT EST A L'ORIGINE D'UNE ACIDIFICATION REVERSIBLE PAR RETOUR AU PH INITIAL DU LAIT APRES DEGAZAGE. LA TAILLE, LA FORME ET L'INTEGRITE DE LA MICELLE NE SEMBLENT PAS AFFECTEES. PAR CONTRE, IL INDUIT UNE SOLUBILISATION IRREVERSIBLE DU PHOSPHATE DE CALCIUM COLLOIDAL INORGANIQUE ET DU CALCIUM LIE AUX CASEINES AINSI QU'UNE MODIFICATION DES PROPRIETES TAMPON DU LAIT. IL A ETE MIS EN EVIDENCE QUE L'ACIDIFICATION DU LAIT PAR LE CO#2 PROVOQUE UNE SOLUBILISATION DES MINERAUX SIMILAIRE A CELLE OBTENUE PAR DES MOYENS CHIMIQUE OU BIOLOGIQUE. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS A PERMIS DE PROPOSER UN MODELE D'ACTION DU CO#2 SUR LES MICELLES DE CASEINE. LE PHOSPHATE DE CALCIUM COLLOIDAL INORGANIQUE ET LE CALCIUM LIE AUX CASEINES SOLUBILISES PAR LA CARBONATATION SE REFIXENT SUR LA MICELLE PENDANT LE DEGAZAGE, ET FORMENT DE NOUVELLES FORMES SALINES. CEPENDANT, CETTE ASSOCIATION EST DIFFERENTE DE CELLE TROUVEE DANS LES MICELLES NATIVES. L'ETUDE DES PROPRIETES RHEOLOGIQUES DES GELS ACIDES OU DE TYPE PRESURE A MONTRE QUE LA CARBONATATION ET LE DEGAZAGE SONT A L'ORIGINE D'UNE MODIFICATION DES PROPRIETES DE COAGULATION. DES CHANGEMENTS DANS LA STRUCTURE MICELLAIRE INDUITS PAR LA FIXATION DES NOUVELLES FORMES SALINES MODIFIERAIENT LES PROPRIETES DE COAGULATION. LES NOUVELLES FORMES SALINES POURRAIENT EGALEMENT INTERVENIR DANS LES MECANISMES IMPLIQUES DANS LA FORMATION DU GEL. DANS LE CAS D'UNE COAGULATION DE TYPE ACIDE, ELLES GENERAIENT OU EMPECHERAIENT L'ETABLISSEMENT DE LIAISONS ENTRE LES PROTEINES, ALORS QUE DANS LE CAS D'UNE COAGULATION PAR LA PRESURE, ELLES FAVORISERAIENT LES INTERACTIONS DE TYPE ELECTROSTATIQUES.
Author: Valérie Thill-Chardot
Author: Valérie Thill-Chardot
Author: Emmanuelle Gastaldi-Bouabid
Author: Nathalie Vetier
Author: Sylvie Desobry-Banon
Author: Mohamed El Mustapha Ould Eleya
Author: Carole Guillaume
Author: Bo Ekstrand
Author: Isabelle Gaucher
Author: Sana Raouche
Author: Sylvie Gévaudan