Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Protéines sériques du lait“

Cette étude présente les principaux résultats d’estimation de paramètres génétiques et de détection de QTL obtenus dans le cadre du programme PhénoFinlait sur les caractères de composition en Acides Gras (AG) et protéines du lait dans trois races bovines (Holstein, Montbéliarde et Normande), deux races ovines (Lacaune et Manech Tête Rousse) et deux races caprines (Alpine et Saanen). La composition du lait est estimée à partir de la spectrométrie dans le moyen infrarouge. Les paramètres génétiques sont estimés à partir des données de 102 000 contrôles laitiers de 22 000 vaches en première lactation, 67 000 contrôles de 20 000 brebis, et 45 000 contrôles de 13 700 chèvres. Ils sont très homogènes entre espèces et entre races. En revanche, ils dépendent beaucoup du mode d’expression des caractères, exprimés en proportion du lait ou de la matière. Exprimés en teneur dans le lait, les AG saturés présentent une héritabilité plus élevée que les insaturés chez les bovins et les ovins, mais l’écart est plus faible quand ils sont exprimés en teneur dans le gras. Chez les caprins, les estimations d’héritabilité sont plus élevées pour les caractères exprimés en teneur dans la matière grasse. Les mesures d’AG sont fortement corrélées entre stades de lactation, à l’exception du premier mois qui apparaît comme un caractère assez différent. Les corrélations génétiques sont positives entre AG saturés et entre AG insaturés. Entre AG saturés et insaturés, les corrélations sont positives pour les AG exprimés en teneur dans le lait mais négatives quand les AG sont exprimés en pourcentage de la matière grasse. Les AG saturés sont très fortement corrélés au taux butyreux du lait. Concernant les protéines, les estimations d’héritabilité sont très élevées pour la bêta-lactoglobuline, assez élevées pour les caséines, plus modérées pour l’alpha-lactalbumine. Concernant les corrélations, il existe une forte analogie entre AG et protéines. Ainsi, les caséines sont fortement corrélées entre elles et fortement liées au taux protéique. Leur corrélation avec les protéines sériques est positive quand les protéines sont exprimées en teneur dans le lait, mais très négatives quand elles sont exprimées en teneur dans les protéines. Les analyses de détection de QTL reposent sur les données de 7 800 vaches, 1 800 brebis et 2 300 chèvres génotypées avec des puces SNP pangénomiques. En moyenne, 9 QTL d’AG ont été détectés par caractère et par race bovine. Les QTL les plus importants ont été trouvés sur les chromosomes 14 (gène DGAT1), 5, 19, 27, 17, 11 et 13. On observe une forte co-localisation de QTL entre AG du même type, reflétant leur origine métabolique commune. Une fraction notable de ces QTL semble partagée entre races. 22 à 29 QTL sont détectés en moyenne pour chaque taux de protéine. Les plus significatifs se situent sur les chromosomes 6 (2 régions QTL, régions des gènes ABCG2 et des caséines), 11 (gène de la bêta-lactoglobuline) et 20 (gène GHR vers 32 Mb, mais aussi vers 58Mb). Le gène DGAT1 affecte également de nombreuses protéines exprimées en teneur dans le lait. Ces résultats indiquent que la composition fine du lait pourrait être modifiée par sélection, même si les grands équilibres entre composants peuvent difficilement être bouleversés. Il est ainsi possible d’augmenter la fraction de caséines dans les protéines. Il est aussi possible d’augmenter la fraction d’AG insaturés dans le lait, mais sans doute au prix d’une diminution du taux butyreux.

L’élévation du prix de la poudre de lait écrémé et des aliments d’allaitement relance l’intérêt d’utiliser des sources protéiques de remplacement. Cependant, les protéines de substitution sont incoagulables dans la caillette et il en résulte une accélération de l’évacuation gastrique des protéines et des lipides. Ces modifications s’accompagnent d’une réduction variable des sécrétions digestives stomacales et (ou) pancréatiques. Certaines sources protéiques (comme le soja) peuvent provoquer des réactions d’intolérance de nature allergique de la part des veaux. La digestibilité des protéines de remplacement est inférieure à celle du lait écrémé, en particulier chez le veau de moins de 1 mois. L’aliment d’allaitement doit fournir en quantité suffisante, des protéines digestibles bien équilibrées en acides aminés. Les risques sanitaires (diarrhées, mortalité) et zootechniques (réduction du gain de poids vif) sont accrus par l’utilisation des protéines de substitution surtout par les jeunes veaux. L’effet dépressif sur le croît des veaux devient important lorsque le taux de substitution atteint 25 à 50 % suivant la nature des protéines et les traitements technologiques. Des adaptations des techniques d’allaitement et de sevrage des veaux sont nécessaires afin de limiter les inconvénients du remplacement des protéines du lait qui demeurent les mieux utilisées.

Les concentrations sériques des minéraux (Na, K, Ca, P) et celles des protéines totales et leurs fractions ont été mesurées chez 112 zébus Choa de la station zootechnique de Louguéré, à 115 km de Garoua, dans la province du Nord Cameroun. Les animaux étaient âgés d'un jour à plus de 2 ans et comprenaient des jeunes non sevrés, des jeunes sevrés et des animaux adultes. La natrémie et la kaliémie sont significativement plus basses chez les adultes. En revanche, la calcémie est significativement plus élevée chez les adultes et la valeur la plus basse est observée chez les jeunes sevrés. La phosphatémie n'est pas significativement différente dans les trois groupes. Les concentrations sériques de protéines totales et leurs fractions ne sont pas significativement différentes d'un groupe à l'autre, hormis les alpha-globulines qui sont plus élevées (P < 0,05) chez les jeunes sevrés.

Les acteurs des filières laitières bovine, caprine et ovine françaises se sont regroupés dans le programme PhénoFinlait autour d’un but commun : caractériser la composition du lait en Acides Gras (AG) et protéines afin de la maîtriser. La quantification des AG et des protéines devait être possible à grande échelle et à moindre coût avant d’identifier des leviers permettant d’adapter cette composition à la demande. PhénoFinlait s’est organisé autour de trois objectifs : i) caractériser précisément la composition du lait, ii) phénotyper et génotyper une large population de femelles sur l’ensemble du territoire français et iii)identifier les leviers génétiques et alimentairespermettant de maîtriser cette composition. La spectrométrie dans le Moyen InfraRouge (MIR) a été choisie comme méthode de quantification à haut débit des composants du lait. Elle permet la quantification précise en routine de 15 à 27 AG, des quatre caséines et des deux protéines majeures du lactosérum. Une collecte de données de grande ampleur a été mise en œuvre dans plus de 1 500 élevages bovins, caprins et ovins. Les données de production laitière, les spectres MIR du lait, les informations sur le stade physiologique des femelles et sur la composition de l’alimentation des troupeaux ont été recueillies. Plus de 12 000 vaches, chèvres et brebis ont été génotypées. Finalement, plus de 800 000 données représentatives des situations de l’élevage français ont été stockées dans une base de données destinée à l’étude du déterminisme génétique de la composition en AG et en protéines du lait, et des facteurs d’élevage l’influençant.

La production de protéines (lait, viande, laine, poil) des ruminants peut être limitée par des apports insuffisants en certains acides aminés (AA) appelés pour l’occasion AA limitants. En effet, contrairement à ce qui était généralement admis, la composition des acides aminés digérés par les ruminants n’est pas constante. Si la part des protéines microbiennes et leur composition en AA relativement constante tamponnent les variations de la composition en AA des contenus intestinaux, celle-ci varie en fonction de la composition en AA de la ration et de sa richesse en protéines peu dégradables. L’importance des conséquences des variations de la composition en AA des contenus digestifs sur la production de protéines du lait a été étudiée grâce à des apports postruminaux de doses croissantes d’un acide aminé. La supplémentation postruminale en lysine ou en leucine peut faire gagner jusqu’à 4 g/kg de taux protéique. Le gain maximum n’est que de 2 g/kg avec la méthionine, l’histidine, la phénylalanine et la thréonine. Dans tous les cas l’augmentation du taux protéique porte sur le taux de caséine. En milieu de lactation, l’histidine et la thréonine accroissent aussi le volume de lait produit de façon dose-dépendante.

Des lésions caractéristiques de l'ecthyma contagieux ont été constatées chez des agneaux âgés de quatre mois. L'infection a été confirmée par isolement et identification du virus. Chez les agneaux, on observe des taux de protéines sériques totales, des concentrations en hémoglobine, un dénombrement d'érythrocytes et un hématocrite plus faibles ; par contre, on note des taux de leucocytes sanguins et de transaminases sériques plus élevés lorsqu'on les compare avec les animaux apparemment en bonne santé. On pense que la maladie est transmise à partir de chèvres infectées nouvellement introduites.

L’ajout de concentrés protéiques de lactosérum (CPLs) dans le fromage est limité à cause de la contamination par des phages lactiques résistants à la chaleur. En outre, les protéines de lactosérum peuvent protéger les phages contre la chaleur augmentant ainsi le risque de contamination. Le but de ce travail était d’expliquer cet effet protecteur et d’identifier un déterminant génétique responsable de la résistance thermique de phages lactiques. D’abord, l'inactivation thermique du phage résistant à la chaleur P1532 (groupe Sk1virus) a été étudiée dans des CPLs et dans trois de ses composantes majeures à 95 °C, en fonction du pH et de temps de chauffage. Les changements structuraux des protéines du lactosérum ont été suivis par spectroscopie FTIR. Les résultats d’inactivation thermique ont montré que les conditions acides des CPLs favorisent la destruction des phages laitiers par traitement thermique. Également, ils ont avéré que l’effet protecteur des protéines est dépendant du pH et du temps de chauffage, mais n'est pas dû à une protéine spécifique. Les spectres de FTIR ont montré que l’effet protecteur est relié à la structure et à l'agrégation des protéines. Ensuite, une étude plus approfondie a été menée sur cet effet protecteur, en utilisant la lactoferrine (LF) comme modèle des protéines sériques en raison de ses propriétés physico-chimiques uniques. Une évaluation détaillée de la structure tertiaire/secondaire de la LF a été effectuée en utilisant la spectroscopie FTIR ainsi que le dichroïsme circulaire. Après inactivation thermique de phage P1532, aucun effet protecteur de la LF n'a été détecté au pH neutre, alors qu’à pH 5, un effet protecteur marqué de la LF a été signalé. Les données des études spectroscopiques ont clairement montré que la LF est plus stable, au niveau de la structure tertiaire et secondaire, si elle est chauffée à pH 5 qu'à pH 7. En somme, il existe une corrélation directe entre la stabilité thermique des protéines sériques et la protection conférée au phage P1532 pendant le traitement thermique. Les résultats obtenus à cet égard offrent de nouveaux outils pour minimiser l’impact de l’effet protecteur sur les phages lactiques. Afin de mieux comprendre la résistance thermique intrinsèque des phages lactiques, un déterminant génétique a été identifié. Suite à l’exposition du phage virulent de L. lactis CB14 sensible à la chaleur (groupe Sk1virus) à des températures faibles et élevées, il a été possible d’isoler deux phages qui ont acquis une résistance thermique plus élevée. Le séquençage de leur génome a révélé une délétion de 120 pb dans le gène codant pour la TMP. Les séquences de protéines de TMP de phages mutants ont été comparées avec leurs homologues dans d'autres phages de L. lactis. L'analyse comparative a montré que la même délétion semble avoir eu lieu dans la TMP de phages thermorésistants P680 et P1532. Nous proposons que la TMP soit en partie responsable de la stabilité à la chaleur de phages lactiques. L'identification d’un déterminant génétique responsable de la résistance thermique des phages de groupe Sk1virus est une première étape pour comprendre l'émergence de ce groupe de phages thermostables, et peut conduire à des meilleures stratégies de contrôle.
The incorporation of whey protein concentrates (WPC) into cheese is a risky process due to the potential contamination with thermo-resistant phages of lactic acid bacteria (LAB). Furthermore, whey proteins can protect phages during heat treatment, thereby increasing the above risk. The objectives of this work were to understand this protective effect and to identify genetic determinant(s) responsible for the thermal resistance of lactococcal phages. First, the effect of pH and time of heating on the inactivation of lactococcal thermo-resistant phage P1532 (Sk1virus/936 group) was measured, at 95 ºC, in WPC and in three individual major whey components. The molecular structure changes of the tested proteins were also monitored by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Phage inactivation results indicated that acidic conditions of WPC favor the destruction of dairy phages by heat treatment. Moreover, it revealed that the protective effect of whey proteins was pH and time dependent and was not restricted to one component. FTIR spectra suggest that the protection is related to protein molecular structures and to the level of protein aggregates. Then, to further investigate this protection, we used lactoferrin (LF) as a whey protein model as a result of its unique physicochemical properties. We combined FTIR and circular dichroism (CD) spectroscopies to monitor the structural conformational changes of LF. Phage inactivation results revealed a strong protective effect of LF on P1532 phage at pH 5 but none at pH 7. Spectroscopic analysis showed that LF was unfolded after heating at pH 7, while it preserved its tertiary and secondary structures when heated at pH 5. In sum, there is a direct correlation between the thermal stability of whey proteins and their ability to protect P1532 phage from heat treatment. The results obtained in this respect offer new tools to minimize the impact of the protective effect on lactococcal phages. In order understand the thermal resistance of LAB phages, we aimed to identify genetic determinant(s) responsible for the thermal resistance of lactococcal phages. After challenging CB14 heat-sensitive phage (Sk1virus/936 group) to low and high temperatures, two phages with increased thermal resistance were selected. Sequencing of their genome revealed a 120 bp deletion in the gene coding for the tape measure protein (TMP). The TMP protein sequences of mutant phages were compared with their homologues in other wild-type L. lactis phages with a wide diversity in heat stability. Comparative analysis of TMP proteins of other lactococcal phages identified the same deletions in the extremely heat-stable phages P680 and P1532. We propose that the TMP is, in part, responsible for the heat stability of the highly predominant lactococcal phages of the Sk1virus group. Identifying this genetic determinant for Sk1virus heat stability is a first step to understand the emergence of this group of thermostable phages, and may lead to improved control strategies in the cheese industry

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
Understanding mechanisms of acidic milk gelation implies the knowledge of casein micelles aggregation and of the different steps leading to gel formation. Small angle static light scattering and diffusing wave spectroscopy (DWS), which is based on light scattering in turbid medium, were used in this study. Static light scattering measurements permitted to follow micelles aggregation steps in diluted media and to calculate the fractal dimension of acidic aggreptes formed. Results showed the formation of four successive particle populations. The first population corresponds to casein micelles and the others populations correspond to casein aggregates with increasing size. The fractal dimension value, determined from double logarithmic plots of intensity versus scattering wave vector (q) resulted in value around 1. 8, which reflects a diffusion limited cluster aggregation mechanisms (DLCA). By static light scattering, casein/whey proteins ratio and heat treatment of milk were shown to influence the growth kinetics of aggregates, but only heat treatment of milk modified fractal dimension leading to more porous aggregates. The DWS results showed that acid gelation of unheated milk occurred via a single-stage aggregation. The aggregation pH was measured at pH 4. 9 and the gelation pH was estimated at pH 4. 8

La Qishta est un produit laitier Libanais obtenu par traitement thermique de 2 à 3 heures du lait entier dans un plateau peu profond. Durant le procédé, le lait est ajouté ponctuellement afin de réajuster le niveau du lait et de compenser la quantité d’eau perdue suite à l’évaporation. Le procédé consiste à récupérer le coagulum qui se forme à la surface du lait. Les agrégats formés proviennent de la dénaturation des protéines et de leurs interactions avec les globules gras. Ce travail a permis d’établir que la Qishta est composée de 12% en protéine et 12% en lipide, composition similaire à celle de la Ricotta. La caractérisation de la Qishta par spectrométrie de masse a permis d’identifier et de quantifier les protéines présentes dans le produit. Ces analyses ont permis aussi de démontrer la présence de « Cross links » entre les protéines. Les résultats montrent la formation de lysinoalanine et de de la lanthionnine lors du traitement thermique. Ces acides aminés vont établir des liaisons covalentes entre les protéines du coagulum de la Qishta. L’analyse par microscopie confocale de la Qishta préalablement traitée par le Nile Red et le Fast Green a permis de mettre en évidence les interactions lipoprotéiques à la base de la formation du coagulum.Les études menées ont permis aussi de démontrer l’effet significatif de la quantité de la matière grasse sur la production et le rendement de la Qishta. L’augmentation de la concentration de la matière grasse dans le lait conduit à une augmentation du rendement. Le rendement maximal est obtenu pour un lait entier à 3,2% en matière grasse. Cependant, l’utilisation du lait écrémé pendant le procès n’aboutît pas à la formation de la Qishta.L’effet du vieillissement lors du stockage de la Qishta pendant 20 jours à 4 ℃ sur l’oxydation de la matière grasse et par la suite sur sa durée de vie a été réalisé. Les résultats des analyses des indicateurs primaires et secondaires d’oxydation montrent que la matière lipidique n’a pas été oxydée pendant la durée étudiée. Par ailleurs, les spectres d’émission du tryptophane, de la riboflavine et les spectres d’excitation de la vitamine A ont été enregistrés directement au moyen de la fluorescence frontale sur de la Qishta stockée à 4°C pendant 20 jours. L’analyse de ces spectres par des outils statistiques multidimensionnelles telles que l’analyse en composante principale et l’analyse factorielle discriminante ont permis de différencier d’une manière significative les échantillons de la Qishta. En effet, ces analyses ont permis de distinguer d’une manière significative entre les échantillons et par la suite de prédire leur durée de vie
Qishta is a Lebanese dairy product obtained by heating whole milk for 2 to 3 hours in an open shallow vessel. During the process, milk is added to readjust its level and compensate the amount of evaporated water. The process consists of harvesting the coagulum formed at the milk surface. Our findings showed that these aggregates result from the denaturation of milk proteins and their interactions with the fat globules. This work has demonstrated that Qishta has almost the same amount of proteins and fat estimated at 12% and therefore the product has a composition similar to that of Ricotta cheese made from whole milk. The characterisation of Qishta using mass spectrometry has allowed to determine and quantify the proteins present in Qishta. These analyses have demonstrated also the presence of “Cross links” between proteins which are involved in the Qishta coagulum formation. Lanthionine and lysinoalanine were identified as neoformed amino acids during the heat treatment. These amino acids are involved in the cross links formed during the heat treatment of milk. These amino acids will establish covalent bonds between the proteins of Qishta coagulum. The confocal laser scanning microscopy analyses of Qishta samples previously treated with Fast Green and Nile red dyes have allowed to highlight the protein-fat interactions considered as the source of coagulum formation.Our findings showed the significant effect of the fat amount present in the initial milk on the process and the yield of Qishta. Increasing the amount of milk fat leads to an increase in the Qishta yield. A milk with 3.2% of fat has given the maximum yield. However, the use of skim milk in the production did not nor lead to any coagulum formation.The effect of ageing during Qishta storage for 20 days at 4 ℃ on the fat oxidation and therefore on the Qishta shelf life has been realized. The results of the primary and secondary indicators of oxidation analyses have showed the fat present in Qishta was not oxidized during the study period.In addition, the emission spectra of tryptophan, riboflavin and the excitation spectra of vitamin A were directly recorded using frontal fluorescence on Qishta stored at 4 ° C for 20 days.The analysis of these spectra by multidimensional statistical tools such as principal component analysis and discriminant factor analysis has allowed to significantly differentiate Qishta samples. Indeed, these analyses have allowed to significantly distinguish between the samples and subsequently predict their shelf life of the product

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016
La microfiltration (MF) est un procédé membranaire permettant de séparer les micelles de caséines (CN) des protéines sériques (PS) du lait grâce à des pores ayant un diamètre de 0,1 μm. Le rétentat obtenu est enrichi en CN, tandis que le perméat contient des PS sous forme native. La membrane céramique à gradient de perméabilité (GP) a été développée récemment dans le but de réduire l’encrassement à long terme, ce qui permet des flux de perméation élevés et une meilleure séparation des protéines. À ce jour, les conditions opératoires les plus efficientes pour réaliser la MF du lait n’ont pas été déterminées pour ce type de membrane. L’objectif de cette étude était donc de caractériser l’effet de différentes pressions transmembranaires (PTM), différents facteurs de concentration volumique (FCV) et de la diafiltration (DF) sur l’efficience du procédé. Un bilan de matière a été réalisé à la suite du dosage des solides totaux, ainsi que de l’azote total, non caséique et non protéique. La consommation énergétique du système de MF a également été mesurée in situ. Les résultats obtenus démontrent qu’un FCV de 1,5X permet d’obtenir la meilleure séparation des protéines, tout en ayant un flux de perméation plus élevé et une plus faible consommation énergétique. Lorsque le FCV est plus élevé, les pertes totales de CN dans le perméat et la consommation énergétique deviennent plus importantes, ce qui réduit la rentabilité du procédé. Les étapes de DF réduisent l’efficience du procédé en augmentant la durée de filtration et la quantité de perméat généré de façon considérable, sans permettre d’obtenir une quantité satisfaisante de PS supplémentaires dans le perméat. Les résultats obtenus pourront bénéficier aux transformateurs laitiers lors de la prise de décision quant à la pertinence d’effectuer la MF du lait avec la membrane céramique GP.
Microfiltration (MF) is a membrane process used to separate casein (CN) micelles from serum proteins (SP) of milk using 0.1 μm pore diameter membranes. The resulting retentate is enriched in CN, while the permeate contains native SP. The graded permeability (GP) ceramic membrane has been recently developed to reduce long-term fouling, which improves permeation flux and protein separation. To date, the most efficient operating conditions to achieve MF of milk have not been determined for this type of membrane. The objective of this study was to characterize the effect of different transmembrane pressures (TMP), volumetric concentration factors (VCF) and diafiltration (DF) on the process efficiency. Mass balance measurements were carried out following the determination of total solids, total nitrogen, non-casein nitrogen and non-protein nitrogen. The in situ energy consumption of the MF system was also measured. Results obtained showed that a VCF of 1.5X provided the best separation of proteins, while allowing the highest permeation flux and the lowest energy consumption. When the VCF was higher, the total losses of CN in the permeate increased, as well as energy consumption, which reduces the process profitability. DF steps reduced the process efficiency by increasing the filtration time and the amount of permeate generated, without increasing significantly the transmission of additional SP in the permeate. Results will benefit dairy processors in decision making about the potential of MF of skim milk with GP membrane.

Les propriétés émulsifiantes et interfaciales des protéines du lait de chamelle ont été étudiées seules, en mélange ou dans leur environnement naturel (dans le lactosérum sérum, sous forme de caséinates ou directement dans le lait de chamelle). L’impact de certaines conditions physico-chimiques a été étudié, notamment l’impact du pH, du traitements thermiques, de la concentration et de l’homogénéisation hautes pressions, afin de comprendre le rôle de chacune des dénaturations appliquées et leur impact sur les propriétés émulsifiantes. Cette étude a été réalisée en parallèle sur le lait de vache, dans des conditions identiques. Les principaux résultats suggèrent que le lait de chamelle est plus émulsifiant que le lait de vache quelle que soit la température du traitement, cependant, la stabilité des émulsions préparées par le lait de vache non traité est plus importante. L’effet d’homogénéisation hautes pressions permet d’avoir des émulsions très stables comparées au lait de vache. Les effets du pH et de la température sur les fractions caséinique et sérique du lait de chamelle influencent significativement leurs comportements à l’interface huile-eau et leurs pouvoirs à créer des émulsions. Le recouvrement protéique des caséinates de sodium de lait de chamelle à la surface des gouttelettes d’huile augmente en fonction du pH (de 3,0 à 9,0) et ceci quelle que soit la température de traitement appliqué (entre 25°C et 95°C). Ce comportement vis-à-vis le pH est conséquent d’une dénaturation et une perte de la structure micellaire des caséinates de sodium à l’interface huile-eau en facilitant ainsi leurs adhésions et adsorption à l’interface. Cependant, la fraction sérique du lait de chamelle a exprimé une activité émulsifiante importante à pH acide contrairement à la fraction des caséinates de sodium ainsi qu’une meilleure stabilité émulsifiante des gouttelettes crées. Le lactosérum du lait de chamelle est moins sensible à l’effet de la température que le lactosérum du lait bovin riche en β-lactoglobuline (plus sensible au traitement thermique). Ces aspects sont dus à la petite taille moléculaire des protéines sériques relative à la taille des caséines ce qui leurs permet de s’adsorber rapidement et efficacement à l’interface des gouttelettes huileuses et de former un film viscoélastique stable tout autour. Des réarrangements structuraux de l’α-lactalbumine cameline (purifiée) ainsi que des répulsions électrostatiques entre les gouttelettes d’huile stabilisées par ces protéines sont les deux facteurs clés pour expliquer l'effet de la variation du pH et du traitement thermique. Les propriétés de surface de l’α-lactalbumine cameline sont significativement améliorées à la suite des traitements thermiques élevés (95°C) ce qui maintiennent des propriétés émulsifiantes potentielles. Quant à la β-caséine purifiée, son activité émulsifiante est plus importante pour le lait de chamelle que le lait de vache. Une structure micellaire des β-caséines se forment à partir de la concentration micellaire critique (CMC) qui maintient une structure compacte proche du pH 6,0 et se relâche à pH alcalin ou les forces électrostatiques sont maximales. Le comportement rhéologique des émulsions est non-newtonien où la viscosité est plus importante à faible vitesse de cisaillement. Elle dépend fortement de la valeur du pH appliqué. Ainsi, les émulsions stabilisées à pH acide sont les plus visqueuses indépendamment de la température du traitement thermique appliquée pour la plupart des fractions étudiées. (...)
The emulsifying and interfacial properties of camel milk proteins were studied alone, in mixture or in their natural environment (in serum whey, as caseinates or directly in camel milk). The impact of certain physico-chemical conditions was studied, the impact of pH, heat treatment, concentration and homogenization at high pressures. This study was carried out in parallel on cow's milk, under identical conditions. The main results suggest that camel milk is more emulsifying than cow's milk regardless of the processing temperature, however, the stability of emulsions prepared by cow's milk is more important. The homogenizing effect at high pressures allows very stable emulsions compared to cow's milk. The effect of pH and temperature on the caseinic and serum fractions of camel milk is very significant on their behaviour at the oil-water interface and their ability to create emulsions. The coating of oil droplets by sodium caseinates protein of camel milk increases with incrising pH (from 3.0 to 9.0) regardless of the heat treatment (between 25°C and 95°C). This behaviour is the result of denaturation and loss of the micellar structure of sodium caseins at the oil-water interface, thus facilitating their adhesions and adsorption at the interface. However, the whey fraction of camel milk expressed significant emulsifying activity at acid pH as opposed to the sodium caseinate fraction and better emulsifying stability of the created oil droplets. Camel milk whey proteins are found to be less sensitive to the effect of temperature in emulsion creation than bovine milk whey (richer in β-lactoglobulin which are more sensitive to heat treatment). These aspects are due to the small molecular size of serum proteins relative to casein size, which allows them to adsorb quickly and efficiently at the interface of oil droplets and form a stable viscoelastic film all around which suggest that camel milk is more emulsifying active than cow's milk regardless of the processing temperature, however, the stability of emulsions prepared by cow's milk is found to be more important. The homogenizing effect at high pressures allows very stable emulsions compared to cow's milk. The main factor governing the stability of camel milk α-lactalbumin emulsions is its conformational flexibility at the oil-water interface. Structural rearrangements of camel milk α-lactalbumin as well as electrostatic repulsions between oil droplets stabilized by these proteins are the two key factors to explain the effect of pH variation and heat treatment. The surface properties of α-lactalbumin from camel milk are significantly improved after high heat treatments (95°C) which maintain potential emulsifying properties. As for the purified β-casein, its emulsifying activity is more important for camel milk than cow's milk. A micellar structure of caseins is formed from the critical micellar concentration (CMC) which maintains a compact structure close to pH 6.0 and is released at alkaline pH where electrostatic forces are at their highest. This induced a high stability of emulsions at pH 9.0 as well as a better emulsifying activity of β-caseins. The rheological behaviour of emulsions is non-Newtonian where viscosity is higher at low shear rates which depends strongly on the applied pH. Thus, stabilized emulsions at acid pH are the most viscous regardless of the heat treatment temperature applied for most of the studied fractions. This is mainly due to hydrophobic interactions between proteins of the different fractions and to high cohesion forces between larger droplets. However, the viscosity of emulsions stabilized by the protein fractions of cow's milk is often more viscous than camel milk as a result of their higher emulsifying stability. (...)

La microfiltration tangentielle 0,1 µm de lait écrémé est une opération employée en industrie pour la séparation des micelles de caséine et des protéines sériques. Pourtant la conception et les conditions de fonctionnement de l’opération ne sont pas optimisées. L’objectif de cette thèse est d’apporter des connaissances pour améliorer les performances de la microfiltration 0,1 µm de lait écrémé. L’approche a été double en considérant les caractéristiques du lait à traiter et les paramètres de conduite de l’opération. Il a été montré que la durée de stockage à froid et les traitements de stabilisation bactériologique appliqués au lait avant la microfiltration ont un impact sur les performances de l’opération. La diminution des performances (pression, récupération des protéines sériques)est attribuée aux effets cumulatifs des bactéries et fragments bactériens et les protéines sériques dénaturées/ agrégées. La diafiltration à l’eau améliore les performances des membranes organiques (augmentation des flux de perméation et de la transmission des protéines sériques), lorsqu’elle est réalisée sur des rétentats concentrés et avec des pressions transmembranaires faibles. Les résultats s’expliquent par des changements de propriétés du concentré et du dépôt de micelles de caséines à la membrane. Ces résultats associés à l’analyse de composition et de fonctionalité des fractions obtenues avec membranes céramiques et organiques soulignent la nécessité d’une optimisaiton multi-objective de la microfiltration de lait
Crossflow microfiltration of skimmed milk using 0.1 µm pore size is commonly used in dairy industry to separate casein micelles from serum proteins. However, the design and the conduct of this operation are not optimized. The objective of this thesis is to provide knowledge to improve the performance of 0.1µm-microfiltration skimmed milk. We considered both the characteristics of skimmed milk to be microfiltered and the operating conditions of the operation. This work shows that the duration of cold-storage and the method for microbiological stabilization performed prior microfiltration impact the performance of the operation. The decrease of performance (transmembrane pressure, serum protein recovery)is attributed to the cumulative effect of bacteria/bacterial fragments and modifications of serum proteins (denaturation and aggregation). Performance of microfiltration using polymeric membrane are considerably improved (increase of permeation flux and transmission of serum proteins) using diafiltration mode with reverse osmosis water realized on concentrated retentate and with low transmembrane pressure. The modifications observed can be explained by changes on the properties of the fluid (viscosity) and of the deposit of casein micelles accumulated at the membrane (swelling). These results and the analyses of composition and functionalities of fractions obtained with ceramic and polymeric membranes highlight the real necessity, in the futur, of multi-objective optimization of skimmed milk microfiltration

Dans le lait on peut distinguer les protéines sériques et les caséines. Les protéines sériques sont des protéines globulaires qui se trouvent dans le sérum du lait et elles sont connues pour leurs propriétés fonctionnelles exceptionnelles. Quand une solution de protéines sériques est chauffée, elles perdent leur structure native et peuvent s'agréger. Elles forment des agrégats de différentes formes, tailles et densités : des cylindres, des agrégats fractals, des microgels et des agrégats fibrillaires. De l'autre côté, les caséines sont organisées dans des micelles de caséine d'un rayon environ 100-200 nm stabilisées par du phosphate de calcium colloïdal.Au cours de ce travail, nous avons cherché à comprendre comment les agrégats de protéines sériques pouvaient être utilisés en mélange avec les micelles de caséine pour obtenir et contrôler la texture de produits laitiers. Dans un premier temps, nous avons étudié le processus de « cold gelation » induit par ajout de calcium et/ou acidification d'agrégats et de microgels de protéines sériques seuls. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la fonctionnalité des agrégats dans les mélanges plus complexes avec les autres protéines laitières et en présence de minéraux. L'addition de petites quantités d'agrégats fractals dans des suspensions de micelles diminuait leur température critique de gélification, augmentait le module élastique et diminuait la synérèse des gels.Les agrégats de protéines sériques peuvent être utilisés pour modifier la viscosité des mélanges, comme gélifiant ou pour enrichir la teneur en protéine du milieu sans en augmenter la viscosité
The proteins of milk can be divided into whey proteins and caseins. Whey proteins are compact globular proteins that are found in the aqueous phase of milk. They are well-known for their exceptional functional properties. Upon heating, individual whey proteins denature and aggregate, forming aggregates of different morphologies and sizes, such as strands, fractal aggregates, microgels and fibrillar aggregates, depending on the heating conditions. On the other hand, the caseins in milk are organized in complex protein units with a diameter of 100-200 nm called casein micelles stabilized by colloidal calcium phosphate (CCP).The current work is an endeavor to understand how whey protein aggregates might be used in mixtures with other dairy proteins, such as casein micelles, in order to get a particular texture in a dairy product. We first extended the understanding of so-called “cold gelation” of pure WPI aggregates induced by calcium and acidification and then studied how the aggregates work in more complex mixtures of proteins and minerals. Interestingly, addition of small amounts of fractal aggregates to suspensions of casein micelles has been demonstrated to decrease the critical gelation temperature, increase the elastic modulus and decrease the syneresis of the gels.The aggregates are to be used to modify the viscosity of dairy products, as a gelling agent and for protein enrichment. The properties of strands, fractal aggregates and microgels have been studied and compared. WPI aggregates might be considered as “clean label” texturizing ingredients that do not require approval from the European Food Safety Authority (EFSA)

L'objectif de la thèse a été d'élucider le processus de réhydratation des caséines micellaires et des protéines solubles dans un milieu complexe et opaque : le lait. L'influence de l'état d'hydratation de ces ingrédients laitiers en fonction du temps (5, 120, 180, 240, 300, 480, 900 et 1440 min de réhydratation) sur les propriétés rhéologiques, texturales, physiques ainsi que la microstructure des gels laitiers acides a également été étudiée. Il en résulte que le processus de réhydratation des caséines micellaires diffère de celui des protéines solubles, et est extrêmement long avec trois étapes : une étape de mouillage des particules, suivie d'une étape de gonflement caractérisée par une augmentation de la taille des particules et enfin une étape de dispersion marquée par la diminution de la taille des particules. La réhydratation des protéines solubles est caractérisée par une grande rapidité, avec deux phases : le mouillage et la phase de dispersion (superposée). D'autre part, l'allongement de la durée de réhydratation des caséines micellaires est associé à une augmentation du point de gélification ainsi qu'à une nette amélioration des propriétés physiques, texturales et rhéologiques des gels : augmentation de leur fermeté et de leur force, diminution de la synérèse et de la formation de grumeaux. La durée de réhydratation des protéines solubles n'a pas d'influence sur ces paramètres. En revanche, leur dénaturation (par chauffage à sec) est associée à une dégradation des propriétés texturales des gels acides. Finalement, il s'avère que les gels acides formulés à partir des protéines solubles sont de meilleure qualité texturale (à l'exception de la formation de grumeaux) que ceux préparés à partir des caséines micellaires
The main objectives of this work were to elucidate the rehydration mechanism of the two major milk proteins (micellar casein and whey protein) into a complex and opaque medium such as milk and to assess the influence of hydration state (defined as a function of rehydration length after 5,120,180,240,300, 480, 900 and 1440 minutes of rehydration) on the rheological, textural, physical properties and microstructure of the obtained acid milk gels. Whereas, micellar casein presented a long rehydration process into milk characterized by three stages: a wetting, swelling and dispersion phase, whey protein displayed a quick rehydration process characterized by an overlapping of wetting and dispersion phase. Furthermore, an extended rehydration time of micellar casein powder into the milk base was associated with a postponed onset of gelation and enhanced physical, textural as well as rheological properties of the obtained acid milk gels characterized by increases in gel firmness, strength, and decreases in syneresis susceptibility and grains formation. In contrast, acid milk gels prepared with whey protein powder exhibited comparable overall textural properties regardless the different rehydration times. Nevertheless, denaturation of whey protein powder (by dry heating) was associated with a deterioration of the textural properties of the acid milk gels. Finally, acid gels prepared with whey proteins displayed better overall textural quality than those prepared with micellar casein (except for grains formation)

Les tests de diagnostic in vitro sont désormais un acteur majeur dans le domaine de la santé. Il existe un besoin de tests rapides détectant de faibles concentrations en biomarqueur. Le test d’agglutination magnétique a été mis au point pour répondre à ce besoin. Des anticorps greffés sur des particules superparamagnétiques permettent la formation d’agrégats de particules en présence de marqueur en quelques minutes seulement grâce à l’application d’un champ magnétique. La formation d’agrégats est généralement révélée par une méthode turbidimétrique. La première partie de ce travail de thèse à consisté à comprendre les phénomènes observés par cette méthode. Un modèle d’agglutination a été mis au point, permettant de prédire le nombre d’agrégats formés en fonction de la concentration en biomarqueur introduite. Ce modèle a été confronté à des résultats expérimentaux. Les essais menés ont permis de mettre en avant l’influence de la méthode d’application du champ magnétique sur l’agrégation, notamment en présence de quantités importantes d’analyte. Des concentrations de l’ordre du picomolaire sont détectées en moins d’une minute. Afin de détecter des concentrations plus faibles, une méthode de lecture individuelle, basée sur les principes de la cytométrie de flux, a ensuite été utilisée. La diminution du bruit de fond permet d’atteindre des limites de détection de l’ordre de la dizaine à la centaine de femtomolaires environ. Les paramètres influant sur le dosage, notamment la taille des particules et l’intensité du champ magnétique appliqué, ont été étudiés. Ces travaux ouvrent la possibilité de doser un grand nombre de protéines par la méthode d’agglutination magnétique
In vitro diagnostic is now a major actor in the domain of healthcare. There is a need for quick assays able to detect low concentrations of biomarker. Magnetic agglutination assay have been developed in that purpose. Antibodies grafted on superparamagnetic particles allow the formation of aggregates in a few minutes, thanks to the application of a magnetic field. Aggregates are generally observed by a turbidimetric method. First part of that work consisted in understanding the phenomena observed by turbidimetry. An agglutination model was developed, allowing predicting the number of aggregates formed, depending on the biomarker concentration. The model was confronted to experimental results. Experiments showed the effect of the way magnetic field was applied on aggregation, especially when important quantities of analyte were used. Concentrations around one picomolar were detected in less than one minute. In order to detect lower concentrations, an individual detection method, relying on the principles of flow cytometry, was then used. Decreasing of the background noise allowed reaching limits of detection of tens to hundreds of femtomolars. Parameters important to the assay, especially the size of the particles and the intensity of the magnetic field, were studied. This work make possible to detect a large variety of proteins, using the magnetic agglutination technique