Influence du traitement thermique et de la carbonatation sur la dynamique de l'organisation des micelles de caséines et la coagulation enzymatique

par Abdul-Hamid Klandar

Thèse de doctorat en Biochimie. Chimie et technologie des aliments

Sous la direction de Alain Lagaude.

Soutenue en 2007

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    L'inaptitude du lait à la coagulation par la voie enzymatique après un traitement thermique s'est révélée en partie réversible si un cycle d'acidification-neutralisation est appliqué au lait avant son emprésurage. L'organisation et la dynamique des micelles sont à l'origine de cette partielle réversibilité et constituent l'axe principal au cours de ce travail dans lequel le CO2 est utilisé comme agent d'acidification réversible. La comparaison d'évaluateurs couramment utilisés pour caractériser l'aptitude à la coagulation présure de laits écrémés reconstitués et la recherche de nouveaux évaluateurs plus appropriés à cette caractérisation ont constitué la première phase de cette étude. La mise au point d'une méthode basée sur l'utilisation en ligne dans le domaine du proche infrarouge (PIR transflexion) d'une sonde optique ouvre des perspectives du fait de ses caractères non destructif et non intrusive et de sa qualité du suivi obtenu tout au long des différentes phases de la coagulation. Les informations extraites à partir de cette méthode sont validées pour des laits de différentes compositions par des mesures chimiques, visuelles et rhéologiques conventionnelles. Dans une deuxième étape du travail, le suivi par la méthode PIR transflexion de deux processus d'acidification réversible (HCl/NaOH et carbonatation/décabonatation) révèle une hystérésis qui semble être en relation avec la dynamique des caséines (CN). L'évolution de la turbidité à 860 nm en fonction du pH montre un point d'inflexion aux alentours de pH 6,0 dans la phase finale de la neutralisation correspondant au début de la restructuration des néo-micelles. Il est parallèlement établi qu'une élévation de la température du lait joue un rôle déterminant sur l'évolution du système micellaire à ce stade du cycle. Par la suite, la réincorporation des CN et du phosphate de calcium dans les néo-micelles, après un ou deux cycles de carbonatation/décarbonatation de différents laits, est étudiée par des mesures de la teneur en calcium ionique, de l'indice du pouvoir tampon et des propriétés optiques et rhéologiques au cours de la coagulation présure. Les modifications observées lors de ces mesures indiquent que les micelles de caséines désorganisées par l'injection du CO2 n'ont pas la capacité à se restructurer de façon complètement réversible lors de l'élimination du CO2. Ce phénomène dépend de la composition initiale du lait, du nombre de cycles de carbonatation/décarbonatation et de la durée d'entreposage au froid après ces cycles. Il est montré qu'un seul cycle de carbonatation/décarbonatation est suffisant pour améliorer significativement l'aptitude à la coagulation présure d'un lait traité thermiquement. L'application de deux cycles successifs de carbonatation/décarbonatation permet d'améliorer l'aptitude à la coagulation de laits reconstitués à partir de poudres de type LH ou MH. La dynamique de réorganisation des CN et des nouvelles formes de phosphate de calcium micellaire (PCM) au sein des micelles pendant l'entreposage à 5 °C influence considérablement l'aptitude à la coagulation présure et le pouvoir tampon des laits traités. La dernière partie de ce mémoire traite de l'influence du traitement thermique d'un lait de type LH conjugué à une acidification modérée par le CO2 sur les agrégations micellaires induites par la présure. Les différents échantillons de laits chauffés sont emprésurés et stockés une nuit à 5 °C pour hydrolyser complètement la caséine κ et, ainsi, pouvoir découpler la phase d'agrégation de la protéolyse. Il apparaît qu'un pH minimum induit par l'injection de CO2 (pHmin) de 6,3 est un seuil important en dessous duquel l'ionisation du calcium favorise les interactions hydrophobes lors de l'agrégation des micelles. Le pHmin joue un rôle clé dans l'établissement des interactions favorisant une agrégation précoce (propriété de la surface micellaire) et un raffermissement maximum du gel formé (propriété intramicellaire). Grâce à la méthode PIR transflexion développée, le retard de la phase d'agrégation lors de la coagulation présure du lait préchauffé a été clairement mis en évidence par rapport au lait non chauffé

  • Titre traduit

    Effects of heat treatment and CO2 pH-cycles on the organization dynamics of casein micelles and their rennetability


  • Résumé

    The impaired clotting behaviour of the heat-treated milk had been revealed through partial reversibility when a cycle of acidification-neutralization was applied on milk substrates before renneting run. The organization and dynamics of casein micelles are at the origin of this reversibility that constitute the principal topic developed in this work using CO2 as recyclable acidifying agent. The comparison of the parameters currently available for rennet-induced coagulation of reconstituted skim milk and the research of the best new indicators to assess this type of coagulation were the first step of this study. Perfecting a method based on continuous recording of near infrared (NIR-transflexion) spectra using an on-line optic sensor opened a fine perspective. This method appeared to be suitable as a non-destructive and non-intrusive technique to evaluate the different phases of rennet-induced coagulation. The coagulation parameters identified by NIR-spectral analysis were validated by chemical, visual and rheological measurements on milk substrates characterized by very different rennetability. In the second step of this thesis, a continuous monitoring of NIR-turbidity at 860 nm during pH-reversible acidification carried out using chemical agents (HCl/NaOH) or CO2 as a recyclable acid revealed a hysteresis phenomenon that could be related to dynamics of caseins (CN). The evolution of NIR-turbidity showed an inflection point at around pH 6. 0 during the final phase of neutralization that should reflect an important beginning of the new micelles restructuring. At the same time, it appeared that a rise in the temperature of milk at this stage of pH-cycle had a determining role in the evolution of the micellar phase. In the next part, the study of the reincorporation of CN and calcium phosphate in the new micelles after application of one or two CO2 pH-cycles was carried out by measuring the level of ionic calcium, the index of buffering capacity of milk and the optical and rheological properties of rennet-clotting. The noticeable modification in these measurements indicates that the casein micelles disorganized by CO2 injection do not have the ability of restructuring so as to be completely reversible at the final phase of degasification. The extent of such irreversibility depends on initial milk composition, CO2 pH-cycles and post-storage period at 5°C. It was recognized that a single CO2 pH-cycle sufficiently induced a better significant rennetability for heat-treated milks. A second CO2 pH-cycle was particularly necessary to improve calcium-enriched pH-adjusted milks reconstituted from low-heat (LH) or medium-heat (MH) skim milk powders. It was observed that the reorganization dynamics of the CN and new forms of micellar calcium phosphate (MCP) within the micelles during the storage period at 5°C of CO2-treated milks considerably interferes in the rennet-clotting behaviour and properties of buffering capacity. The last part of the manuscript discusses the influence of the heat-treatment and subsequent CO2-acidification of LH-milk on the rennet-induced aggregation. The aggregation of different milk samples, pre-renneted overnight at 5°C to allow a complete hydrolysis of κ-casein, was induced by a rapid rise in milk temperature from 5 to 30°C. It appeared that the minimum CO2-induced pH (pHmin) at 6. 3 can be considered as an important threshold; below this value the calcium ionization promotes the hydrophobic interactions during micelles aggregation. The pHmin has a key role establishing the interactions responsible for the early aggregation (micellar surface properties) and those responsible for the maximal curd-firming (intra-micellar properties) of completely-hydrolysed casein micelles. Besides, the continuous monitoring of NIR-transflexion spectra showed that the aggregation (non-enzymatic) phase of rennet-induced coagulation in heat-treated milk is retarded in comparison with that in unheated milk

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Informations

  • Détails : 1 vol. (167 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-167. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2007.MON-181
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