Plusieurs aliments fonctionnels sont et seront développés à partir de molécules aux propriétés nutraceutiques. Parmi ces molécules, l’épigallocatéchine-3-gallate (EGCG), principal antioxydant du thé vert, présente un grand intérêt en raison de ses propriétés antioxydantes qui pourraient jouer un rôle préventif vis-à-vis de certaines pathologies. Cependant, sa biodisponibilité est faible à cause de son instabilité en milieu intestinal. De son côté, la β-Lactoglobuline (β-Lg) est connue pour sa capacité à lier des molécules bioactives les protégeant de l’oxydation. L’objectif général de ce projet de recherche vise à étudier les interactions entre l’EGCG et la β-Lg et l'impact de ces interactions sur les propriétés fonctionnelles du système formé. La caractérisation moléculaire des interactions entre l’EGCG et la β-Lg, à l’état natif et dénaturé thermiquement, a été réalisée par des méthodes spectroscopiques. Les résultats montrent que l’EGCG interagit avec la β-Lg au niveau moléculaire en formant un complexe 1:1 induisant un changement de la structure moléculaire de la β-Lg. L'interaction provoque une diminution de l’activité antioxydante de l’EGCG dans toutes les conditions étudiées. Cependant, on observe que la β-Lg assure une protection limitée à l'EGCG contre la dégradation dans le temps : la forme dénaturée de la protéine à pH 7 étant légèrement plus efficace. L’impact de l’EGCG sur le comportement thermique de la β-Lg et sur la microstructure des gels obtenus a été étudié par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par microscopie électronique. La présence d’EGCG change le profil d’agrégation de la protéine. Cependant, ces interactions n'entraînent pas de changements majeurs dans la microstructure des gels formés, qu'il s'agisse des gels filamenteux ou particulaires. Cette étude démontre que la β-Lg peut lier l’EGCG et maintenir une activité antioxydante non négligeable dans les deux types des gels formés par la protéine. / Molecules with nutraceutical properties can be used to develop functional foods. The major antioxidant in green tea, epigallocatechin-3-gallate (EGCG), could be valuable for preventing certain pathologies. However, its bioavailability in the intestine needs to be improved. The milk protein β-lactoglobulin is known for its ability to protect bioactive molecules from oxidation. The general aim of this research was to study EGCG–β - lactoglobulin interactions and their effects on nutraceutical functionality using spectroscopic methods. The results show that EGCG forms complexes with β-lactoglobulin in a 1:1 ratio and induces changes in the molecular structure of the protein. This interaction causes a decrease in the antioxidant activity of EGCG. However, EGCG degradation is slowed, more in the case of thermally denatured β-lactoglobulin. Using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and electron microscopy to study β-lactoglobulin thermal behaviour and gel microstructure, it was determined that binding EGCG changes the protein aggregation pattern but has little effect on the microstructure of filamentous gels or particulate gels. This study shows that both types of β-lactoglobulin gel can bind EGCG and maintain its antioxidant activity.

Les traitements thermiques appliqués au lait de façon courante causent des modifications indésirables. Le but de ce projet était d’acquérir des connaissances sur l’effet du traitement d’électroréduction sur les modifications encourues par le lait lors d’un traitement thermique. L’évaluation des cinétiques de coagulation par la présure a démontré que le temps de prise des gels de lait électroréduit est inférieur à celui des gels de lait dégazé ou témoin, alors que l’indice de fermeté est supérieur. Les analyses physicochimiques démontrent que le lait électroréduit possède la concentration en thiols la plus élevée. L’étude du temps de coagulation par la chaleur montre que la stabilité thermique du lait électroréduit, à pH supérieur à 6,90, est jusqu’à 5 fois supérieure à celle du témoin. De plus, les laits électroréduit et dégazé, chauffés à 140 ºC, ont une concentration en thiols plus élevée que le lait témoin. / Common heat treatments applied to milk cause undesirable modifications. The goal of this project was to gain knowledge on the effect of an electroreductive treatment on heat-induced modifications in milk. The evaluation of rennet coagulation kinetics showed that the lagtime of electroreduced milk is lower than that of degassed or reference milk gel, whereas firmness is higher. Physico-chemical analyses show that electroreduced milk also has a higher thiol concentration. The study of heat coagulation time shows that electroreduced milk thermal stability, with pH higher than 6,90, is up to 5 times higher than that of the control. Moreover, electroreduced and degassed milks, heated at 140 ºC, have a higher thiol concentration than reference milk.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020. / La polarisation de concentration et le colmatage membranaire sont deux problèmes communs en électrodialyse qui affectent l’intégrité des membranes et l’efficacité du procédé de déminéralisation du lactosérum doux. L’utilisation des champs électriques pulsés (CÉPs) est l’une des méthodes les plus prometteuses pour contrer ces phénomènes. Néanmoins, les CÉPs n’ont jamais été étudiés pour la déminéralisation de solutions alimentaires complexes comme le lactosérum doux. Sept combinaisons de CÉPs (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0.1s, 10s-1s, 10s-10s et 100s-1s) ont été testées pour évaluer leur impact sur la déminéralisation du lactosérum doux en comparaison avec le procédé conventionnel d’électrodialyse en courant continu (CC). Par rapport au CC, il a été démontré que les CÉPs avec les plus hautes fréquences, tels que 0.1s-0.1s (5 Hz), amélioraient le taux de déminéralisation de 81 % pour le même nombre de charges transportées tout en diminuant l’énergie consommée de 20 % pour le même taux de déminéralisation. Quelle que soit la condition de CÉP testée, un gain en transfert de masse élevé a été observé au début de la période d’impulsion, ce qui causait une chute du potentiel électrique des membranes environ 10 fois plus élevée que les valeurs moyennes observées en CC. Ce gain rapide en transfert de masse, présent seulement au début de la période d’impulsion, a permis la formation de phénomènes complexes, semblables à ceux observés en régime de courant surlimite, tels qu’un glissement électroosmotique de second degré avec l’émergence de vortex électroconvectifs (VEC) et la dissociation des ions H+ des acides faibles. Les CÉPs de haute fréquence donnaient lieu à une répétition plus fréquente de ce gain, en plus d’avoir un temps de pause suffisamment court pour maintenir les vortex. Ainsi, malgré le temps de pause de la condition 0.1s-0.1s (la plus haute fréquence testée), sa durée de traitement totale a été la même que le CC pour atteindre le même taux de déminéralisation tout en diminuant les variations de pH et l’énergie consommée. / Concentration polarization phenomena and membrane fouling remain the most common problems in electrodialysis (ED) that alter irreversibly the membrane integrity and decrease the process performance. The use of pulsed electric field (PEF) in ED is one of the most promising methods to counteract these both types of limitations. Nevertheless, PEF-ED has never been studied for the demineralization of complex food solutions such as sweet whey. Seven PEF combinations (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0,1s, 10s-1s, 10s-10s and 100s-1s) were tested to assess their impacts on the demineralization of sweet whey in comparison with the conventional continuous current (CC) process. It was shown that PEF with higher frequencies, such as 0.1s-0.1s (5 Hz), improve the demineralization rate by 81 % for the same number of charges transported while decreasing energy consumption by 20 % for the same demineralization rate in comparison with CC. Regardless of the PEF condition tested, a gain in mass transfer was observed at the beginning of the pulse lapse increasing the potential drop of membranes around 10 times higher than the average value observed in the case of CC. This high gain in mass transfer only present at the beginning of the pulse lapse allowed complex phenomena, similar to those observed in the overlimiting current regime, such as an electroosmotic slip of the second kind with the emergence of electroconvective vortices (ECV) and the dissociation of weak acids from their H+ ions. PEF conditions with higher frequencies have a more frequent repetition of this gain while having a pause lapse short enough to maintain the vortices. Hence, despite the pause lapse of the 0.1s-0.1s condition (the highest frequency tested), its duration was the same as the CC condition to reach the same demineralization rate, with lower pH variations and energy consumption.

Ce mémoire s’intéresse au développement folliculaire chez la vache laitière et à l’effet du déficit énergétique sur le fonctionnement de cette structure ovarienne pendant la période post-partum. L’analyse des gènes exprimés dans les cellules folliculaires a permis l’identification de voies de signalisations et de molécules qui sont au cœur des changements observés dans le follicule. La première partie de ce projet porte sur la caractérisation des différents stades de croissance du follicule dominant chez le bovin. La seconde partie porte sur l’effet de l’ampleur du déficit énergétique sur le follicule à 60 jours post-partum, lors de la période critique du pic de lactation. Les résultats de ce projet sont d’un grand intérêt pour la recherche fondamentale sur la reproduction autant que pour la gestion pratique de la fertilité bovine, puisqu’ils éclaircissent certains aspects de la folliculogénèse et proposent des outils intéressants pour améliorer la fertilité de la vache laitière. / This master’s thesis focused on the follicular development in dairy cows and the effects of post-partum negative energy balance on the follicle. Analysis of genes’ transcription in follicular granulosa cells allowed the identification of several molecular pathways and upstream regulators having a great impact on follicular functions. The first part of this project aimed to characterise the different growth stages of dominant follicles in cattle (growth, plateau and atresia). The second part of this project evaluated the impact of the severity of negative energy balance on follicular functions at 60 days post-partum, during the lactation peak. The results provided are of great interest to fundamental reproduction science as well as to practical management of dairy cattle fertility. They shed light on several unknown aspects of folliculogenesis and offer interesting tools to improve post-partum fertility in dairy cattle.

Le Listera australis est une endémique nord-américaine. La recherche de nouvelles occurrences sur le territoire québécois a permis de repousser la limite septentrionale connue de son aire de répartition jusqu'au Saguenay. Les 18 occurrences connues actuellement existantes totalisent environ 3000 tiges. La survie des populations est considérée fragile. Les bordures forestières minérotrophes semi-ouvertes des tourbières ombrotrophes et minérotrophes pauvres constituent l'habitat du Listera australis. La présence simultanée de l'Andromeda glaucophylla, du Larix laricina et du Maianthemum trifolium sur un tapis complet et sans relief de sphaignes, particulièrement les Sphagnum fallax et Sphagnum rubellum, indique des conditions propices à la présence du Listera australis. L'espèce semble sensible à la concentration en ammonium (NH4+) de l'eau de la tourbière. La phénologie, la croissance sympodiale et la reproduction végétative de l'espèce ont été observées durant une saison. Le rehaussement continuel du système souterrain comme stratégie d'adaptation à l'entourbement a été mis en lumière.

Pour assurer leur survie, les plantes ont développé au cours du temps une gamme de mécanismes de défense leur offrant une protection contre plusieurs organismes herbivores. Un de ces moyens de défense consiste à produire des inhibiteurs de protéases de classes variées, incluant les cystatines, actives contre les protéases digestives de type cystéine utilisées par plusieurs herbivores (Haq et al, 2004). Chez les plantes, les cystatines sont impliquées dans plusieurs processus importants incluant l'organogenèse, la mort cellulaire programmée, le recyclage des protéines de réserve et la défense directe contre les insectes herbivores (Arai et al, 2002; Belenghi et al, 2003). Des travaux récents réalisés dans notre laboratoire ont permis de détecter au niveau moléculaire des événements de sélection positive documentant l'évolution des cystatines végétales (Kiggundu et al, 2006). Les données obtenues indiquaient que des mutations survenant à certains sites des gènes cystatine pourraient permettre de générer une grande variabilité fonctionnelle utile pour l'inhibition des protéases digestives des herbivores. D'un point de vue biologique, l'existence de ces régions hypervariables chez les cystatines serait vraisemblablement un processus clé expliquant l'évolution adaptative de ces protéines au cours du processus de coévolution entre la plante hôte et ses ennemis herbivores (Rausher, 2001). Dans le cadre de ce travail, nous avons formulé une première hypothèse selon laquelle l'existence de régions hypervariables chez les cystatines végétales, expliquée par un processus de sélection positive, favorise la génération de diversité fonctionnelle contre les protéases de type cystéine. En complément, nous avons aussi posé l'hypothèse selon laquelle cette diversité fonctionnelle pourrait permettre la génération d'inhibiteurs de protéases à la fois plus efficaces contre les protéases digestives des insectes et moins actifs contre les protéases endogènes de la plante. Des variants cystatine mutés à des sites hypervariables ont été développés en utilisant comme modèle la 8'^ unité de la multicystatine de tomate, S'/CYSS. La multicystatine de tomate, d'une masse moléculaire de 88 kDa, comprend huit unités fonctionnelles pouvant lier la papaïne, une protéase modèle de type cystéine (Wu and Haard, 2000). Pour nos travaux, trois codons identifiés statistiquement comme étant soumis à la sélection positive et deux codons soumis à la sélection neutre ont été soumis à la mutagenèse dirigée. Les variants correspondants ont été ensuite exprimés chez E. coli et purifiés à l'aide du système d'expression glutathione S-transférase (Michaud et al, 1994). Leur activité inhibitrice a été mesurée par fluorimétrie contre différentes protéases modèles de type cystéine d'intérêt médical, industriel ou agricole. Le potentiel d'inhibition des variants iS/CYS8 a aussi été testé par fluorimétrie contre les protéases endogènes de la pomme de terre et les protéases digestives de larves de doryphores de pomme de terre. Ce ravageur important en agriculture utilise une panoplie de protéases digestives, certaines sensibles, d'autres insensibles aux cystatines végétales. En bref, l'analyse des différents variants 5/CYS8 a permis de confirmer que l'existence de sites hypervariables chez les cystatines était corrélée à une diversification fonctionnelle de ces inhibiteurs contre les protéases modèles étudiées. Nos analyses ont aussi permis de mettre en évidence certaines contraintes pour la sélection positive, liées notamment aux altérations structurales et chimiques créées par certaines mutations. Suite aux résultats obtenus dans la première partie du projet, nous avons voulu vérifier si cette variabilité fonctionnelle pouvait s'appliquer à un système biologique d'intérêt agronomique, en l'occurrence, l'interaction doryphore/pomme de terre. En combinant les résultats des différents tests effectués, nous avons pu confirmer que certains inhibiteurs montraient effectivement une activité accrue contre les protéases de l'insecte tout en montrant une activité diminuée contre les protéases endogènes de la plante. Cette nouvelle stratégie d'amélioration moléculaire, combinée à d'autres stratégies comme la confection d'inhibiteurs de protéases hybrides, pourrait s'avérer très prometteuse dans les années à venir pour le développement d'outils utiles en phytoprotection. D'une manière plus générale, la variabilité fonctionnelle générée par mutagenèse des cystatines à des sites soumis à la sélection positive confirme l'utilité possible de modèles évolutifs statistiques pour l'amélioration dirigée des protéines de défense.

Le colostrum bovin contient de nombreuses molécules biologiquement actives, telles que les immunoglobulines et les facteurs de croissance, qui ont des applications potentielles en tant que produits de santé ou nutraceutiques. L'extraction des composés bioactifs du colostrum se fait généralement selon deux types de procédés : la chromatographic et la séparation sur membrane, qui sont des procédés longs et coûteux. Bien souvent, la séparation des composés bioactifs du colostrum exige aussi la précipitation et l'élimination des micelles de caséine avant toute autre opération de fractionnement, ce qui alourdi les procédés d'extraction. Le but de cette recherche était donc de développer une nouvelle approche technologique de fractionnement en utilisant le potentiel du colostrum bovin pour la fabrication d'ingrédients enrichis en facteurs de croissance. La séparation des micelles de caséine a aussi été étudiée puisque qu'elle est un préalable au fractionnement du colostrum. Les résultats démontrent que l'addition au colostrum bovin de polysaccharides anioniques tels que la carraghénane A, et la pectine à des concentrations respectives de 0,08 % et de 0,3 %, permet de produire du sérocolostrum par précipitation des micelles de caséine. Selon le type de polysaccharide utilisé, il est possible de générer des sérocolostrums appauvris ou enrichis en facteurs de croissance, comparativement au colostrum initial. L'analyse des profils protéiques révèle aussi une séparation sélective des protéines sériques. Ces résultats autorisent deux méthodes de fractionnement des facteurs de croissance dépendamment de la voie choisie : concentration des caséines ou du sérocolostrum. Des essais pilote ont été effectués afin d'évaluer les possibilités de mise à l'échelle et de transfert des approches proposées pour la fabrication d'ingrédients enrichis en facteurs de croissance. Les résultats mettent en évidence des différences sur les divers ingrédients fabriqués notamment au niveau des teneurs en facteurs de croissance et de la bioactivité. Le type de colostrum utilisé, commercial ou natif, a aussi son importance puisque des différences sont observées au niveau des caractéristiques des ingrédients enrichis générés. Mais les résultats montrent qu'il est possible de produire des ingrédients enrichis en facteurs de croissance à grande échelle et ce, d'une manière simple. La bioactivité des ingrédients générés laisse entrevoir la possibilité d'utiliser ces ingrédients comme produits de santé car ils sont actifs dans des modèles de prolifération cellulaire. Cela offre des solutions alternatives aux traitements traditionnels de certaines maladies de la peau comme le psoriasis.

Les fraises sont souvent produites dans des régions où l’eau est limitante et les producteurs doivent choisir la stratégie d’irrigation optimisant le rendement et l’efficacité d’utilisation de l’eau (EUE). En Californie, une gestion tensiométrique des irrigations a été comparée à un modèle climatique, et un potentiel matriciel du sol (ψ) variable a été investigué. Sur un sol faiblement perméable, -10kPa, -35kPa, un témoin, un ψ à deux paliers (-35/-10 kPa) et une gestion par ψ ajustée quotidiennement à l’évapotranspiration prévisionnelle de la culture (ETc), n’ont pas affecté les rendements. Sur un sol hautement perméable, des traitements appliquant 100% ETc, 75% ETc, 50% ETc, un témoin, -10kPa et -35/-10 kPa ont mené à de meilleurs rendements pour les régies pleinement irriguées, -10 kPa et 100%ETc, mais l’EUE a été meilleure avec -10 kPa. En irrigation de déficit, la gestion par ψ a maximisé le rendement et l’EUE contrairement au modèle climatique démontrant l’intérêt de cette approche relativement au contexte de restriction en eau affectant les régions sensibles à la sécheresse.

L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF. / The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.

La maladie cardiovasculaire (MCV) représente une cause de mortalité majeure au Canada. La présence de LDL petites et denses constitue un facteur de risque important dans le développement de MCV. La taille des particules LDL, ainsi que sa composition sont très hétérogènes et sont sous l'influence de facteurs génétiques et environnementaux. Cette thèse s'articule autour de l'identification de nouveaux déterminants génétiques exerçant un effet sur la variation du diamètre principal des particules LDL (LDL-PPD). Dans ce but, deux méthodes de screening génétique à large échelle ont été utilisées: l'analyse de données issues d'un criblage génomique, et l'étude d'association pangénomique (GWAS). Le criblage génomique a permis d'identifier le gène PCTP, localisé dans la région du pic de liaison 17q21. Le polymorphisme rsl2941739 du gène PCTP a été associé à une augmentation du LDL-PPD et à un risque plus élevé d'exhiber des LDL petites et denses. Dans la même région, les variations génétiques rs3760158 et rs6503770 du gène DGKE étaient associées à des niveaux de triglycérides plus élevés. Cette augmentation des niveaux de TG était accompagnée par une diminution du LDL-PPD selon les génotypes du polymorphisme rs3760158. L'analyse de la région lp31 a révélé le gène LRP8. Le polymorphisme rs5174 localisé dans ce gène a été associé à des valeurs de LDL-PPD plus élevées, à une diminution de la proportion relative de LDL de petite taille ainsi qu'à des concentrations plus faibles de cholestérol-LDL (C-LDL) contenues dans cette fraction petite et dense. Le GWAS n'a pas permis de découvrir de nouveaux gènes impliqués dans l'hétérogénéité des particules LDL. Suite à l'ajustement pour les tests multiples, aucune association ne s'est révélée significative. Finalement, des effets d'interaction entre les candidats positionnels identifiés dans la région 17q21 et la consommation de matières grasses ont été évalués. Dans un contexte de consommation élevée de matières grasses, la variation de séquence rs4246444 du gène FASN a été associée à un LDL-PPD plus faible et à une augmentation de la proportion de LDL de petite taille, ainsi que de leur contenu en cholestérol. Ces résultats mettent en avant de nouveaux gènes impliqués dans l'hétérogénéité des particules LDL. Ils pointent ainsi de nouvelles avenues de recherches qui devront être confirmées dans d'autres études.