Propriétés colloïdales des micelles de caséine modifiées par déminéralisation ou réticulation

par Naaman Francisco Noguiera Silva

Thèse de doctorat en Sciences des aliments

Sous la direction de Frédéric Gaucheron.

Soutenue en 2013

à Rennes, Agrocampus Ouest .

mots clés

• Micelles inverses
• Caséine

Résumé

Les micelles de caséines sont des suprastructures poreuses qui évoluent face aux changements des conditions physico-chimiques. L’objectif de cette thèse était d’approfondir les connaissances sur les modifications des micelles de caséines. Notre stratégie était d’induire des modifications spécifiques de leur suprastructure, la déminéralisation ou la réticulation, puis de comprendre les changements induits. La déminéralisation a été effectuée par acidification de lait à différents pH, suivie d’une dialyse avec ultrafiltrat de lait. En conséquence de la déminéralisation, les micelles de caséines se dissociaient partiellement. Les caséines dissociées ont formé des agrégats non-sédimentables d’environ 25 à 30 nm, avec des masses molaires allant de 106 à 107 g. Mol-1. En termes de composition minérale, taille, hydratation, forme et masse molaire, les micelles des caséines non-dissociées étaient similaires aux micelles de caséines natives. La déminéralisation peut être couplée à d’autres traitements physico-chimiques à fin d’améliorer les fonctionnalités des caséines. La réticulation a été réalisée en utilisant des micelles de caséines purifiées et un réticulant naturel, le genipin. Le genipin a réagit avec les résidus lysyl et arginyl en formant un réseau protéique covalent, qui correspond à des microgels de caséines. La voluminosité, la charge et la forme des microgels ont été changées sans pourtant induire leur agrégation. Les microgels de caséines ont résisté à la présence d’urée, à la solubilisation des minéraux, aux stress interfaciaux, et ont formé des interfaces qui présentaient les propriétés mécaniques d’une plaque solide. Contrairement aux micelles de caséines, la structure des microgels de caséines n’a pas été altérée par acidification. Les microgels de caséines présentent des perspectives intéressantes comme nanovecteurs

Résumé

Casein micelles are porous supramolecular assemblies, constituted of casein molecules, water and minerals. The structure of casein micelles is dynamic and evolves face to changes in the environmental conditions. The objective of this work was to deepen the knowledge on the modification of casein micelles. Our strategy was to induce specific modifications on their structure, i. E. Demineralization or cross-linking, and then to understand the induced changes. The demineralization was accomplished by acidification of milk at different pH values, followed by dialysis against milk ultrafiltrate. Partial dissociations of casein micelles were observed. The dissociated part corresponded to non-sedimentable particles of about 20-35 nm and molecular weight between 106 and 107 g. Mol-1. In terms of mineral composition, size, hydration, shape and charge, the non-dissociated casein micelles seemed similar to the native ones. In future works, demineralization of casein micelles can be coupled with others treatments, as heat, in order to improve casein functionality. The cross-linking was performed by using purified casein micelles and a natural cross-linker named genipin. Genipin reacted with lysyl and arginyl residues and formed covalent bound protein matrix, corresponding to casein microgels. Voluminosity, charge and morphology of the casein microgels were changed, without inducing their aggregation. The structure of the microgels was preserved in the presence of urea and after mineral solubilization. They resisted to interfacial compression stresses, and formed an interfacial layer exhibiting the mechanical properties of a solid plate. Contrarily to native casein micelles, the structure of the casein microgels was not changed upon acidification. The casein microgels present interesting perspectives as modulable nanocarriers.