La caséine est une protéine d'un grand intérêt en industrie alimentaire en raison de sa valeur nutritionnelle élevée et de ses nombreuses propriétés fonctionnelles. L'électrodialyse avec membrane bipolaire couplée à l'ultrafiltration (EDBM-UF) est une technologie hybride récemment développée comme alternative à l'acidification et l'alcalinisation chimique pour la production de caséines et de caséinates. Cette technologie présente de nombreux avantages, comme le fait d'avoir un impact environnemental plus faible et de générer des caséines d'une grande pureté. Cependant, les propriétés fonctionnelles des ingrédients produits par EDBM-UF n'ont jamais été étudiées. Dans cette étude, les propriétés fonctionnelles et la composition de la caséine et du caséinate obtenus par acidification chimique et par méthode EDBM-UF à partir de lait d'hiver et d'été ont été analysées et comparées. Les résultats obtenus ont démontré que la méthode EDBM-UF génère des caséines et caséinates d'une pureté et d'une fonctionnalité supérieure. En effet, la teneur en protéines de ces ingrédients est supérieure et la teneur en lactose est inférieure. Bien que plusieurs propriétés fonctionnelles soient équivalentes (solubilité, rétention d'eau, propriétés émulsifiantes et capacité gélifiante) entre les caséines et les caséinates obtenus par les deux méthodes, certaines propriétés sont supérieures. Les ingrédients produits par la méthode EDBM-UF possèdent tous une capacité moussante et une stabilité de la mousse supérieure aux ingrédients produits par la méthode chimique. De plus, les caséines obtenues par EDBM-UF possèdent un caractère moins hygroscopique que les caséines obtenues par acidification chimique. Concernant l'impact des saisons, il a été démontré que la caséine produite à partir de lait d'hiver possèdent une meilleure rétention d'eau et une hygroscopicité moindre par rapport à celle provenant du lait d'été. Par conséquent, ces résultats permettent de conclure que les ingrédients EDBM-UF ont une fonctionnalité supérieure ou équivalente à celle des ingrédients chimiques, et que le procédé EDBM-UF pourrait être une alternative plus éco-efficiente à l'acidification chimique. / Caseins represent a wide interest in the food industry due to their nutritional value and functional properties. Electrodialysis with bipolar membrane coupled to ultrafiltration (EDBM-UF) is a hybrid technology recently developed as an alternative to chemical acidification and alkalinization to produce casein and caseinate and presents many advantages, such as having a lower environmental impact and having a higher protein content of casein. However, functional properties of the ingredients produced by EDBM-UF have never been studied. In this study, the functional properties of casein and caseinate obtained by chemical acidification and by EDBM-UF method from winter and summer types of milk have been analyzed and compared. Results show that EDBM-UF generates casein and caseinate with superior purity and functionality. Protein content of these ingredients is higher while lactose content is lower. In addition, although several functional properties are equivalent (solubility, water retention, emulsifying properties and gelation capacity) between the caseins and caseinates produced by both methods, some properties are superior. Indeed, foaming capacity and stability were improved from EDBM-UF ingredients and casein was less hygroscopic. Regarding the seasonal impact, it has been shown that casein produced from winter milk provides casein with better water retention and lower hygroscopicity compared to that obtained from summer milk. Therefore, these results allow to conclude that EDBM-UF ingredients have greater or equivalent functionality than ingredients obtained by chemical acidification and that EDBM-UF process could be an eco-efficient alternative to chemical one.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les procédés de filtration sont grandement utilisés en industrie laitière pour pré-concentrer le lait fromager et séparer les constituants du lait. L'ultrafiltration est le procédé le plus couramment utilisé pour la concentration du lait. Plusieurs avantages y sont associés telque l'augmentation du rendement fromager ainsi que la productivité des usines. Cependant, son désavantage majeur est la production d'un volume important de perméat qui doit être valorisé. Il y a un intérêt grandissant pour l'utilisation de concentrés d'osmose inverse (OI) en fromagerie pour les aspects environnementaux et économiques. Des gains de rendements sont envisagés avec la filtration par OI étant donné que tous les constituants sont concentrés et peuvent être potentiellement retenus dans le fromage. Aussi, le perméat produit est essentiellement de l'eau et peut être réutilisé en usine comme eau de procédé. Cependant, quelques études ont montré que la concentration du lait par OI modifiait defaçon importante ses propriétés technologiques. Le but de cette thèse était d'évaluer l'impact du caséinate de sodium (NaCas) sur les propriétés physicochimiques et fromagères des concentrés d'OI. Une première étude a permis de mettre en évidence l'impact d'ajouter une portion de caséinate de sodium (NaCas) sur les propriétés physicochimiques et de coagulation des concentrés d'OI. Des concentrés d'OI ont été préparés selon trois facteurs de concentration (CF) (1X, 1,5X et 2X) et cinq proportions de NaCas (0, 6, 12 ,18 et 24%). La substitution de la caséine du lait par du NaCas a modifié de façon notable l'équilibre soluble-colloïdal des concentrés d'OI. L'ajout de NaCas aux concentrés d'OI a augmenté le pH et la proportion de caséine soluble. Aussi, les propriétés de coagulation ont été fortement impactées par l'ajout de NaCas. Certains échantillons n'ont même pas coagulé après l'ajout de présure. Cette première partie a permis d'avoir une caractérisation des concentrés d'OI et de sélectionner les meilleures conditions pour la seconde partie du projet. Dans la seconde étude, l'impact de l'ajout d'une portion de NaCas sur les propriétés fromagères des concentrés d'OI a été déterminé en utilisant la méthode par acidification directe (pH 6), sans ajout de ferment. Les conditions choisies étaient 1,5 et 2X pour le CFet 0, 6, 12 et 18% pour la proportion de NaCas. L'ajout de NaCas a diminué les rendements fromagers mais a amélioré les propriétés fromagères des concentrés d'OI en diminuant l'humidité et la minéralisation des fromages. Malgré la baisse de rendement (liée à une plusfaible humidité), une quantité notable de lactose est restée dans le fromage. Également, l'ajout de NaCas a augmenté le taux de rétention des protéines dans le fromage et amélioréles propriétés rhéologiques des fromages. Finalement, la troisième étude a permis de comparer différents leviers technologiques (acide citrique, NaCas et la combinaison de l'acide citrique et du NaCas) afin de déminéraliser la micelle de caséines des concentrés d'OI 2X. Les propriétés physicochimiques et fromagères des concentrés d'OI ont été évaluées. Les trois leviers technologiques ont modifié l'équilibre soluble-colloïdal des concentrés d'OI et l'effet était plus important pour la combinaison que lorsque l'acide citrique et le NaCas étaient utilisés individuellement. Pour les propriétés fromagères, l'acide citrique a eu moins d'effet que le NaCas et la combinaison. Le NaCas et la combinaison ont augmenté le taux de rétention protéique dans le fromage et diminué les rendements fromagers bruts et ajustés à l'humidité. Ce projet a permis d'apporter de nouvelles connaissances sur l'utilisation de NaCas dans les concentrés d'OI afin d'améliorer leurs propriétés fromagères. Cette thèse fournit des pistes à envisager pour optimiser l'utilisation des concentrés d'OI en fromagerie. / Filtration processes are widely used in the dairy industry to pre-concentrate cheese milk and separate milk constituents. Ultrafiltration is the most commonly used process for milk concentration. Several advantages are associated with it, such as the increase in cheese yield and factory productivity. However, its major disadvantage is the production of a large volume of permeate which must be valued. There is a growing interest in using reverse osmosis (RO) concentrates in cheesemaking for environmental and economic aspects. Yield gains are expected with RO filtration as all constituents are concentrated and can potentially be retained in the cheese. Also, the permeate produced is essentially water and can be reused in the plant as process water. However, some studies have shown that the concentration of milk by RO significantly modifies its cheesemaking properties. The aim of this thesis was to evaluate the impact of sodium caseinate (NaCas) on the physicochemical and cheese-making properties of RO concentrates. A first study highlighted the impact of adding a portion of sodium caseinate (NaCas) on the physicochemical and coagulation properties of RO concentrates. RO concentrates were prepared according to three concentration factors (CF) (1X, 1.5X and 2X) and five proportions of NaCas (0, 6, 12, 18 and 24%). The substitution of milk casein by NaCas markedly modified the soluble-colloidal balance of the RO concentrates. Adding NaCas to RO concentrates increased the pH and the proportion of soluble casein. Also, the coagulation properties were strongly impacted by the addition of NaCas. Some samples did not even coagulate after adding rennet. This first part made it possible to have a complete characterization of the RO concentrates and to select the best conditions for the second part of the project. In the second study, the impact of adding a portion of NaCas on the cheese properties of RO concentrates was determined using the direct acidification method (pH 6), without adding starter culture. The conditions chosen were 1.5 and 2X for the CF and 0, 6, 12 and 18% for the proportion of NaCas. Adding NaCas decreased cheese yields but improved the cheesemaking properties of RO concentrates by decreasing the moisture and mineralization of cheeses. Despite the drop in yield, a noticeable amount of lactose remained in the cheese. Also, the addition of NaCas increased the protein retention rate in cheese and improved the rheological properties of cheeses. Finally, the third study made it possible to compare different technological levers (citric acid, NaCas and the combination of citric acid and NaCas) in order to demineralize the casein micelle of 2X RO concentrates. The physicochemical and cheese properties of the RO concentrates were evaluated. All three technology levers altered the soluble-colloidal balance of the RO concentrates and the effect was greater for the combination than when used individually. For cheesemaking properties, citric acid had less effect than NaCas and the combination. NaCas and the combination increased the protein retention rate in cheese and decreased cheese yields. This project provided new knowledge on using NaCas in RO concentrates to improve their cheese properties. This thesis provides avenues to consider in order to optimize the use of RO concentrates in cheesemaking.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 février 2024) / L'Organisation des Nations Unies prévoit une augmentation de 73 % de la demande mondiale en protéines d'ici 2050. Les protéines végétales et particulièrement les légumineuses représentent une source protéique de choix pour répondre à cet enjeu. Cependant, du fait de leurs propriétés sensorielles et techno-fonctionnelles non optimales, le développement de systèmes protéiques mixtes, combinant protéines végétales et animales, émerge comme une stratégie prometteuse. Ces systèmes ont été étudiés principalement par co-agrégation thermique mais peu d'informations sont disponibles sur l'impact des technologies non thermiques. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, l'impact du procédé à haute pression hydrostatique (HHP) sur les interactions de protéines de pois (PPI) et de micelles de caséine (CN) a été étudié et comparé à celui d'un traitement thermique. Les résultats ont montré une formation d'agrégats protéiques solubles après HHP mais, moins importante qu'après le traitement thermique. Les profils protéiques des agrégats étaient similaires pour les deux traitements, composés de conviciline, de viciline, de légumine et de lipoxygénase. L'albumine PA2 n'était pas impliquée dans la formation des agrégats induits par HHP, tandis que la viciline l'était, mais à moindre mesure. Finalement, peu importe la technologie utilisée (HHP ou thermique), les protéines de pois s'agrégeaient seulement entre elles et non avec les CN. Par conséquent, la production de systèmes protéiques mixtes pois-CN n'a pas été possible sous les conditions utilisées. L'évaluation de l'impact du traitement HHP sur les PPI et les CN a permis, pour la première fois, d'étudier les interactions générées après ce traitement. Ce projet a non seulement mis en évidence l'importance de comprendre ces interactions, mais également la composition des agrégats produits. Ces résultats ouvrent la voie au développement de nouveaux ingrédients composés de protéines de pois et de CN, dont les propriétés techno-fonctionnelles seraient à déterminer. / The United Nations predicts that global protein demand will increase by 73% by 2050. Plant proteins, especially pulses, represent an interesting protein source to address this challenge. However, due to non-optimal sensory and techno functional properties, the development of mixed protein systems combining plant and animal proteins is emerging as a promising strategy. These systems have mainly been studied by thermal co-aggregation, but little information is available on the impact of non-thermal technologies. In this research project, the effect of high hydrostatic pressure (HHP) on the interactions of pea proteins (PPI) and casein micelles (CN) was studied and compared with that of thermal treatment. The results showed that soluble protein aggregates were formed after HHP, but to a lesser extent than after heat treatment. The protein profiles of the aggregates were similar for both treatments and were composed of convicilin, vicilin, legumin and lipoxygenase. The albumin PA2 was not involved in the formation of HHP-induced aggregates, whereas vicilin was involved to a lesser extent. Finally, regardless of the technology used (HHP or thermal), pea proteins aggregated only with each other and not with CNs. Consequently, the production of mixed pea-CN protein systems was not possible under the conditions used. Through the evaluation of the effect of HHP treatment on PPI and CN, the interactions generated after HHP treatment were able to be studied for the first time. This project highlighted the importance of understanding these interactions and the composition of the aggregates produced. These results pave the way for developing new ingredients composed of pea proteins and CN, whose techno-functional properties would need to be determined.

La microfiltration (MF) du lait écrémé permet de séparer les caséines (CN) des protéines sériques (PS) pour la production d’ingrédients laitiers. Réalisée majoritairement à l’aide de membranes céramiques à gradient de perméabilité (MCGP), peu d’études s’intéressent à l’utilisation de membranes polymériques spiralées (MPS). Ainsi, ce projet avait pour objectifs de caractériser les performances hydrauliques et séparatives de MPS et de quantifier leur encrassement et consommation énergétique. La MF a été réalisée à 50°C en recirculation totale avec des MPS de diamètre de pores (DP) de 0,1 et 0,2 μm. Il a été démontré que bien que les flux de perméation soient similaires, des pertes en CN sont observées dans le perméat avec la MPS 0,2 μm. Ainsi, la MPS 0,1 μm a été sélectionnée pour des essais de concentration-diafiltration jusqu’à un facteur de concentration de 3.0X afin de comparer les résultats à ceux d’une MCGP. Il a été démontré que la MPS 0,1 µm générait des flux de perméation 3,5 fois inférieurs que la MCGP, mais permettait de retenir davantage de PS tout en étant 5 fois moins énergivore. Suite à ces résultats, les performances de la MPS 0,1 µm ont été comparées à celles d’une membrane d’ultrafiltration (UF) au seuil de coupure de 10 kDa. Il a été démontré que les flux de perméation de la MPS 0,1 μm étaient supérieurs à ceux de la membrane d’UF et que la rétention des protéines totales est relativement similaire. Par conséquent, l’utilisation de la MPS 0,1 µm s’avère intéressante pour la concentration des CN, tout en permettant une sélectivité similaire des protéines et des performances hydrauliques supérieures par rapport à la membrane d’UF (10 kDa). Ces résultats permettent aux industriels d’effectuer un choix technologique en MF entre les MPS et les MCGP, mais ouvre également la possibilité de substituer l’UF 10 kDa par la MF 0,1 µm pour la préparation de concentrés protéiques pour la fromagerie. / Microfiltration (MF) of skim milk makes it possible to separate the caseins (CN) from the serum proteins (SP) for the production of dairy ingredients. Generally performed with graded-permeability membranes (CGP), few studies have focused on the use of polymeric spiral-wound (PSW) membranes. The objective of this project was to characterize the hydraulic and separative performances of PSW and to quantify their fouling and energy consumption. The MF was carried out at 50°C in total recirculation mode with PSW with a pore diameter (DP) of 0.1 and 0.2 μm. It has been shown even if permeate fluxes are similar, a drastic CN loss was observed in the permeate during MF with PSW membranes of 0.2 μm DP. Thus, 0.1-μm PSW was selected for concentration-diafiltration steps up to a concentration factor of 3.0X in order to compare the results with that of a MCGP. It has been demonstrated that 0.1-μm PSW had permeation fluxes 3.5 times lower than CGP but increased rejection of SP while consuming 5 times less energy. Following these results, the performances of the 0.1 μm MPS were compared with those of an ultrafiltration membrane (UF) with a cutoff threshold of 10 kDa. It has been demonstrated that the permeation fluxes of the 0.1-μm MPS are greater than those of the UF membrane and that the retention of the total proteins is relatively similar. Following these results, the performances of the 0.1-μm PSW were compared with those of a 10 kDa ultrafiltration membrane (UF), demonstrating that permeate fluxes of the 0.1-μm PSW were higher compared to the UF membrane while total protein rejection was relatively similar. Consequently, the use of 0.1 μm MPS proves to be advantageous for CN concentration, while allowing a similar selectivity of the proteins and higher hydraulic performances compared to the UF membrane (10 kDa). These results enable manufacturers to make a technological choice in MF between MPS and MCGP, but also opens the possibility to substitute the 10 kDa UF by the 0.1 μm MF in the preparation of milk protein concentrates for cheese milk standardisation.

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.

Le peptide f1-8 (Pf1-8) obtenu par hydrolyse trypsique de la β-lactoglobuline a démontré plusieurs caractéristiques d'intérêt. En effet, outre sa capacité d'auto-assemblage et son caractère hydrophobe, il fait partie d'un groupe de peptides (tels que les peptides f9-14, f15-40, f142-148 de la β-lactoglobuline) ayant la capacité de se lier à certaines protéines du lait et de modifier le profil de dénaturation thermique de la β-lactoglobuline, probablement par des interactions hydrophobes avec le noyau hydrophobe de la protéine. Les caséines (CN) représentent à elles seules près de 80% de la totalité des protéines de lait bovin. Leur acidification à pH 4,6 engendre des changements structurels majeurs dans la micelle qui précipite au voisinage du point isoélectrique. L'objectif de ce projet était d'étudier les changements des propriétés physicochimiques des CN micellaires en présence du peptide Pf1-8. Ce peptide a été produit par hydrolyse trypsique d'un isolat de protéines de lactosérum, isolé par ultrafiltration, concentré par osmose inverse et purifié par lavages successifs et par centrifugation (pureté de 91%). Différentes solutions modèles (pH 6,6) avec des ratio CN: Pf1-8 de 1: 1, 5: 1 et 10: 1 (concentrations respectives de 2,5: 2,5, 2,5: 0,5 et 2,5: 0,25 mg / mL) ont été testées. Pour chaque solution dont les pHs variaient de 6,6 à 2,6, la solubilité de la CN, la taille et la potentielle interaction des protéines avec le Pf1-8 ont été déterminées par SEC-HPLC et SDS-PAGE. Aucune précipitation de la CN n'a été observée dans toute la plage de pH testée pour la solution à un ratio de 1: 1. Cependant, pour des échantillons à un ratio de 10: 1 et 5: 1 de CN: f1-8, une précipitation a été observée à pH 4,6. Les analyses par SDS-PAGE et SEC-HPLC ont démontré la formation d'agrégats impliquant le Pf1-8 et une ou plusieurs espèces caséiques pour tous les pHs testés, et une augmentation de la solubilité ainsi qu’une diminution de la taille des CN micellaires. Par conséquent, ces résultats démontrent que le peptide Pf1-8 est capable de modifier les propriétés physicochimiques de la CN, représentant ainsi un stabilisant potentiel des protéines dans les formulations laitières. / Le peptide f1-8 (Pf1-8) obtenu par hydrolyse trypsique de la β-lactoglobuline a démontré plusieurs caractéristiques d'intérêt. En effet, outre sa capacité d'auto-assemblage et son caractère hydrophobe, il fait partie d'un groupe de peptides (tels que les peptides f9-14, f15-40, f142-148 de la β-lactoglobuline) ayant la capacité de se lier à certaines protéines du lait et de modifier le profil de dénaturation thermique de la β-lactoglobuline, probablement par des interactions hydrophobes avec le noyau hydrophobe de la protéine. Les caséines (CN) représentent à elles seules près de 80% de la totalité des protéines de lait bovin. Leur acidification à pH 4,6 engendre des changements structurels majeurs dans la micelle qui précipite au voisinage du point isoélectrique. L'objectif de ce projet était d'étudier les changements des propriétés physicochimiques des CN micellaires en présence du peptide Pf1-8. Ce peptide a été produit par hydrolyse trypsique d'un isolat de protéines de lactosérum, isolé par ultrafiltration, concentré par osmose inverse et purifié par lavages successifs et par centrifugation (pureté de 91%). Différentes solutions modèles (pH 6,6) avec des ratio CN: Pf1-8 de 1: 1, 5: 1 et 10: 1 (concentrations respectives de 2,5: 2,5, 2,5: 0,5 et 2,5: 0,25 mg / mL) ont été testées. Pour chaque solution dont les pHs variaient de 6,6 à 2,6, la solubilité de la CN, la taille et la potentielle interaction des protéines avec le Pf1-8 ont été déterminées par SEC-HPLC et SDS-PAGE. Aucune précipitation de la CN n'a été observée dans toute la plage de pH testée pour la solution à un ratio de 1: 1. Cependant, pour des échantillons à un ratio de 10: 1 et 5: 1 de CN: f1-8, une précipitation a été observée à pH 4,6. Les analyses par SDS-PAGE et SEC-HPLC ont démontré la formation d'agrégats impliquant le Pf1-8 et une ou plusieurs espèces caséiques pour tous les pHs testés, et une augmentation de la solubilité ainsi qu’une diminution de la taille des CN micellaires. Par conséquent, ces résultats démontrent que le peptide Pf1-8 est capable de modifier les propriétés physicochimiques de la CN, représentant ainsi un stabilisant potentiel des protéines dans les formulations laitières. / The peptide f1-8 (Pf1-8) obtained by tryptic hydrolysis of β-lactoglobulin has demonstrated several characteristics of interest. Indeed, in addition to its capacity for self-assembly and its hydrophobicity, it is part of a group of peptides (such as peptides f9-14, f15-40, f142-148 of β-lactoglobulin) having the ability to bind to some milk proteins (like β-lactoglobulin and α-lactalbumin) and change the thermal denaturation profile, probably by hydrophobic interactions with the hydrophobic core of β-lactoglobulin. Caseins (CNs) alone account for nearly 80% of the total bovine milk protein. Their acidification at pH 4.6 causes major structural changes in the micelle and are precipitated in the vicinity of isoelectric point. The goal of this project was to study the changes in the physicochemical properties of micellar CN in the presence of peptide Pf1-8. This peptide was produced by tryptic hydrolysis of a whey protein isolate, isolated by ultrafiltration, concentrated by reverse osmosis and water washed by centrifugation to purify (91% purity). Different model solutions (pH 6.6) with CN:Pf1-8 ratios of 1:1, 5:1 and 10:1 (respective concentrations of 2.5:2.5, 2.5:0.5, and 2.5:0.25 mg/mL) were tested. For each solution, the solubility of the CN, size by SEC-HPLC, and protein-interaction by SDS-PAGE were determined at various pHs ranging from 6.6 to 2.6. No CN precipitation was observed in the whole range of pH tested for the solution at 1:1 ratio. However, for samples at ratio 10:1 and 5:1 of CN:f1-8, the precipitation was observed at pH 4.6. Analyses by SDS-PAGE and SEC-HPLC demonstrated the formation of aggregates involving Pf1-8 and one or more CNs for all tested pHs, and increase in the solubility, and decrease in the size. Consequently, our results demonstrate that Pf1-8 peptide can modify the physicochemical properties of CN thus representing as a potential protein stabilizer in dairy formulations. / The peptide f1-8 (Pf1-8) obtained by tryptic hydrolysis of β-lactoglobulin has demonstrated several characteristics of interest. Indeed, in addition to its capacity for self-assembly and its hydrophobicity, it is part of a group of peptides (such as peptides f9-14, f15-40, f142-148 of β-lactoglobulin) having the ability to bind to some milk proteins (like β-lactoglobulin and α-lactalbumin) and change the thermal denaturation profile, probably by hydrophobic interactions with the hydrophobic core of β-lactoglobulin. Caseins (CNs) alone account for nearly 80% of the total bovine milk protein. Their acidification at pH 4.6 causes major structural changes in the micelle and are precipitated in the vicinity of isoelectric point. The goal of this project was to study the changes in the physicochemical properties of micellar CN in the presence of peptide Pf1-8. This peptide was produced by tryptic hydrolysis of a whey protein isolate, isolated by ultrafiltration, concentrated by reverse osmosis and water washed by centrifugation to purify (91% purity). Different model solutions (pH 6.6) with CN:Pf1-8 ratios of 1:1, 5:1 and 10:1 (respective concentrations of 2.5:2.5, 2.5:0.5, and 2.5:0.25 mg/mL) were tested. For each solution, the solubility of the CN, size by SEC-HPLC, and protein-interaction by SDS-PAGE were determined at various pHs ranging from 6.6 to 2.6. No CN precipitation was observed in the whole range of pH tested for the solution at 1:1 ratio. However, for samples at ratio 10:1 and 5:1 of CN:f1-8, the precipitation was observed at pH 4.6. Analyses by SDS-PAGE and SEC-HPLC demonstrated the formation of aggregates involving Pf1-8 and one or more CNs for all tested pHs, and increase in the solubility, and decrease in the size. Consequently, our results demonstrate that Pf1-8 peptide can modify the physicochemical properties of CN thus representing as a potential protein stabilizer in dairy formulations.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La stérilisation déstabilisant les protéines laitières acidifiées, des stabilisants sont généralement ajoutés. L’objectif de cette thèse était de comprendre les mécanismes physico-chimiques induits par l’acidification de formules laitières puis de rechercher des voies de stabilisation clean label pour les caséines acidifiées et traitées UHT. Des analyses décrivant la minéralisation, la charge de surface, l’hydratation et les modifications chimiques des caséines ont été mises en œuvre pour étudier leur stabilité.À l’échelle pilote, les caséines étaient plus stables à pH > 5,8 (entre pH 6,7 et 3,7), à basse température (8 versus 42°C), dans une formule riche en protéines (7 versus 3,2 %) et acidifiées par acide citrique (versus lactique). La meilleure stabilité dans ces conditions (parmi 140 combinaisons) s’expliquerait par des diminutions de répulsions électrostatiques, hydrophobes et de diffusion ainsi que par des augmentations de pouvoir tampon et de calcium chélaté par le citrate.Cependant, un traitement de 120°C / 15 s déstabilisait les micelles de caséines dès pH 6,2. L’ajout de matière grasse n’apportait pas d’amélioration. La lactosylation a ensuite été étudiée pour diminuer le pHi des caséines et donc les stabiliser à pH acide. Un prétraitement thermique (90°C / 60 min) à pH 7,5 avec du lactose leur a été appliqué dans différents environnements physico-chimiques. Les niveaux de lactosylation des caséines en milieu dilué étaient faibles mais augmentés avec une forte concentration en lactose (150 g/L) ou en milieu sec. Ce prétraitement appliqué en présence d’une concentration élevée en caséines (50 g/L) ou en minéraux -teneur en perméat triplée) améliorait davantage la stabilisation thermique des protéines acidifiées que la lactosylation seule. Cela s'exliquerait par un pouvoir tampon supérieur lié à cet environnement plus riche. / As sterilization destabilizes acidified dairy proteins, stabilizers are usually added. The objective of this thesis was to understand the physicochemical mechanisms induced by the acidification of dairy formulas and to look for clean label solutions to stabilize for acidified and heat treated caseins. To study their stability, the mineralization, surface charge, hydration and chemical modifications of caseins were characterized.At the pilot scale, caseins were more stable at pH > 5.8 (between pH 6.7 and 3.7), low temperature (8 versus 42°C), in formulas which were enriched in proteins (7 versus 3.2 %) and acidified with citric acid (versus lactic). This set of conditions (amid 140 combinations) would be the best to preserve the stability of proteins because it would correspond to a decrease of electrostatic and hydrophobic repulsions and of diffusion and to an increase of buffer strength and of citrate-chelated calcium content.However, a heat treatment at 120°C during 15 s destabilized casein micelles from pH 6.2 whatever the set of conditions. Adding fat did not bring any improvement.Next, lactosylation was studied to decrease the pHi of caseins so as to stabilize them at acidic pH. A heat pretreatment (90°C/60 min) at pH 7.5 in the presence of lactose was applied to casein micelles in several physicochemical environments. Lactosylation rates of casein in aqueous conditions were low but they were increased with high lactose content (150 g/L) or in dry conditions. This heat pretreatment, implemented with a high casein (50 g/L) or mineral (triple-concentrated permeate content) concentration improved even more the heat stability of acidified proteins than lactosylation only. This could be explained by higher buffer strength due to this richer environnement

De nos jours, l’entraînement en musculation occupe une part importante dans la programmation d’entraînement des sportifs car il permet d’optimiser deux paramètres essentiels à la performance, la force et la puissance. Les stratégies nutritionnelles qui accompagnent les séances de musculation sont susceptibles d’influencer les réponses à l’entraînement. Parmi ces stratégies, celle qui a surtout retenu l’attention du monde scientifique concerne les caractéristiques des apports protéiques, et notamment les aspects de quantité, de qualité et du moment d’apport optimaux. Alors que la grande majorité des travaux ont été conduit dans le cadre d’un exercice unique, ce travail de thèse se propose d’évaluer l’intérêt d’un apport protéique en récupération d’exercices programmés dans le cadre d’un entraînement en musculation de plusieurs semaines. Il s’agit de 1) préciser l’impact du rapport entre les protéines lentes (caséines) et les protéines rapides (lactosérum) du lait - présentes dans une boisson protéique de récupération - sur les adaptations musculaires à un entraînement en musculation (masse musculaire et force) et, 2) de vérifier l’intérêt et le moment optimal d’un apport en protéines lentes, à distance de l’entraînement en musculation, sur les réponses musculaires à l’entraînement. Les résultats de la première étude montrent une augmentation significative de la concentration plasmatique en leucine lorsque la proportion de protéines rapides est supérieure ou égale à la proportion de protéines lentes, par rapport à la situation inverse (plus de caséine que de lactosérum). Mais, ceci ne se traduit pas par des gains hypertrophiques supérieurs. La seconde étude, 1) confirme l’intérêt de l’ingestion de protéines rapides après chaque séance pour améliorer le gain de masse musculaire en réponse à l’entraînement en musculation, et 2) suggère l’intérêt d’un apport de caséine 3h après la fin de chaque séance d’entraînement pour maximiser les gains de force pendant l’entraînement en musculation. Ces résultats permettent de préciser les recommandations d’apport en protéines en phase de récupération de séances de musculation, tant au plan de la qualité des apports azotés (étude 1), de leur quantité (études 1 et 2), que du moment d’apport (étude 2). / Nowadays, resistance training plays an important part in the training programmes of sportsmen, because it can optimise two essential parameters of physical performance: strength and power. Nutritional strategies following exercise can maximise the muscle responses from resistance training. Quality, quantity and timing of protein intake have particularly engaged the attention of scientific studies. While the majority of relevant research has investigated the intake of protein after a single bout of resistance exercise, this particular research project aims to investigate the effect of post-exercice protein intake during several weeks of resistance training.The objectives of this project are 1) to identify the optimal ratio between slow proteins (casein) and fast proteins (whey) of milk, present in a recovery riched-protein drink, on the muscle adaptations from resistance training (muscle mass and strength) and, 2) to investigate the muscle responses to slow protein intake a few hours after resistance training exercise. Results from the first study show that there is no resulting gain in muscle mass when the ratio of fast protein is equal to or higher than that of slow protein, despite an resulting increase in plasma leucine. The second study 1) confirms that ingestion of fast protein after each resistance training session improves muscle mass and strength gains, and 2) suggests that intake of casein 3 hours after the end of each training session can maximise the gain of strength during resistance training. These results allow specific recommendations to be formulated for protein intake during the recovery period after resistance training, both in planning the quality (study 1), quantity (studies 1 and 2) and timing (study 2) of protein intake during resistance training programmes.