• Langue : Anglais
• Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Identifiant : 2023ULILR027
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 26/05/2023

Résumé en langue originale

La transglutaminase microbienne (mTGase) est une enzyme qui catalyse la formation de réticulations covalentes, conduisant à la formation de polymères. L'application de la mTGase pour la modification des caséines, qui représentent plus de 80% de la fraction protéique du lait, a été largement étudiée, principalement dans les applications de type gel et yaourt. Les poudres de lait réticulées modifiées par voie enzymatique n'ont fait que récemment l'objet de recherches. La modification enzymatique des poudres de caséine micellaire (MCP), un autre ingrédient du lait ayant une valeur économique et fonctionnelle accrue, a été moins étudiée.Dans ce contexte, le projet de thèse s'est concentré sur l'étude quantitative de l'impact du degré de réticulation enzymatique sur la structure moléculaire de la caséine et la viscosité apparente à pH neutre (7,0) et acide (3,5). Dans la première partie de la thèse, (i) la réticulation a été réalisée après la réhydratation de dispersions de caséines micellaires neutres à un pH neutre (7,0) et a été étudiée dans des conditions neutres et acides (pH 3,0). Dans un deuxième temps, (ii) des rétentats de caséine micellaire ont été réticulés et soumis à une opération de séchage par atomisation. Les MCP réticulées ont été étudiées à l'état de poudre et après réhydratation. La quantification de l'effet de la durée et de la température de stockage sur les MCP réticulés a également été évaluée. Enfin, (iii) l'évaluation de la faisabilité de deux approches technologiques pour le développement de dispersions de caséine micellaire acidifiées a été étudiée. La première approche consistait à acidifier le MCP non réticulé et réticulé à un pH de 5,0 ou de 3,0 et la seconde approche consistait à acidifier le rétentat de caséine micellaire non réticulé et réticulé à un pH de 3,5, qui était ensuite séché par atomisation.L'analyse des résultats a démontré que la réticulation enzymatique des micelles de caséine dans un système modèle a entraîné une légère réduction de la taille des micelles de caséine, une augmentation de leur densité apparente, et a transformé la forme de la micelle de caséine en une structure plus sphérique. Il a également été démontré que l'obtention d'un degré de polymérisation élevé est importante pour assurer la résistance de la micelle de caséine à la dissociation acide. Les caséines micellaires hautement réticulées présentent une légère diminution de la densité apparente et conservent une forme sphérique.En ce qui concerne l'opération de séchage par pulvérisation des rétentats de caséine micellaire réticulée pour obtenir des poudres de caséine micellaire réticulée, il a été établi que la mTGase entraînait une augmentation de la taille et de la forme des particules de poudre, mais que la capacité de réhydratation était indépendante du degré de réticulation. Après avoir été réhydratées, les MCP réticulées présentaient un rayon hydrodynamique plus petit en raison de la prévention de la formation d'agrégats pendant l'opération de séchage par pulvérisation. Les changements moléculaires induits par la réticulation se sont traduits par une diminution de la viscosité apparente des dispersions de MCP. Les cinétiques de vieillissement des MCP réticulées ont également été évaluées. Bien qu'il ait été démontré que les cinétiques de vieillissement des MCP réticulées et non réticulées sont similaires, le degré initial de réticulation déclenche l'augmentation l'indice de brunissement et l'augmentation du temps de mouillage des MCP.Enfin, l'utilisation de MCP réticulées a montré que la réticulation et l'acidification (pH 3,5) des rétentats de caséine micellaire avant l'opération de séchage par pulvérisation ne sont pas appropriés pour produire des MCP fonctionnelles. D'autre part, l'acidification à pH 5,0 et pH 3,0 des dispersions de MCP réticulées s'est avérée être une stratégie appropriée pour produire des dispersions acidifiées avec une taille d'agrégat et un taux de sédimentation réduits.

Résumé traduit

Microbial transglutaminase (mTGase) is an acyltransferase enzyme that catalyzes the formation of covalent cross-linking, leading to the formation of dimers, trimers, and polymers. The application of mTGase for the modification of the caseins, which represent over 80% of the protein fraction in milk, has been extensively studied, mostly in gel and yogurt applications. Enzymatically modified cross-linked milk powders have just recently been the subject of research. The enzymatic modification of micellar casein powders (MCP), another milk ingredient with an enhanced economic and functionality value, has been less studied.In this context, the thesis project focused on quantitatively studying the impact that the degree of enzymatic cross-linking has on casein molecular structure and apparent viscosity at neutral (7.0) and acidic pH (3.5). In the first part of the thesis (i) cross-linking has been made after the rehydration of neutral micellar casein dispersions at neutral (pH 7.0) and has been studied at neutral and acidic (pH 3.0) conditions. In a second time, (ii) micellar casein retentates have been cross-linked and submitted to a spray-drying operation. The cross-linked MCP were studied in the powder state as well as after rehydration. The quantification of the effect of the storage time and temperature on cross-linked MCP was also evaluated. Finally, (iii) the evaluation of the feasibility of two technological approaches for the development of acidified micellar casein dispersions have been studied. The first approach consisted in acidifying the non-cross-linked and cross-linked MCP to pH 5.0 or pH 3.0 and the second approach consisted in acidifying the non-cross-linked and cross-linked micellar casein retentate to pH 3.5 which was therefore spray-dried.The analysis of the results demonstrated that the enzymatic cross-linking of casein micelles in a model system resulted in a slight casein micelle size reduction, an increased apparent density, and transformed the shape of the casein micelle into a more spherical structure. It was also demonstrated that achieving the maximum ΔDP is important in ensuring the casein micelle's resistance against acidic dissociation, since highly cross-linked micellar caseins have a slight decrease in apparent density and keep a spherical shape.Regarding the spray-drying operation of cross-linked micellar casein retentates to obtain cross-linked micellar casein powders, it was established that mTGase led to an increase in powder particle size and shape, but the rehydration capacity was independent of the cross-linking degree. After being rehydrated, cross-linked MCP depicted a smaller hydrodynamic radius as a result of the prevention of aggregates formation during the spray-drying operation with cross-linking. The molecular changes induced by the cross-linking of MCP were translated into a decrease in the apparent viscosity of MCP dispersions. The aging kinetics of the cross-linked MCP were also evaluated. Although it has been shown that the aging kinetics of cross-linked and non-cross-linked MCP are similar, the initial degree of cross-linking triggers the increase of protein solubility loss, browning index and wetting time increase of MCP.Finally, the use of cross-linked MCP showed that the cross-linking and acidification at pH 3.5 of micellar casein retentates before the spray-drying operation was not suitable for producing functional MCP. On the other hand, the acidification to pH 5.0 and pH 3.0 of cross-linked MCP dispersions was shown to be an appropriate strategy for producing acidified dispersions with a decreased aggregate size and sedimentation rate.