Le Cheddar est le principal fromage produit et consommé au Canada. Les ferments utilisés pour sa fabrication renferment principalement des souches de lactocoques sélectionnées pour leur pouvoir acidifiant ainsi que pour leurs propriétés aromatiques et technologiques particulières. Neuf souches de bactéries lactiques, isolées de ferments traditionnels utilisés jusque dans les années 60 ont démontré la capacité de produire un composé bioactif, l'acide y-aminobutyrique (GABA), un neurotransmetteur agissant au niveau du système nerveux central. Des émdes réalisées chez les humains ont démontré que la consommation de lait fermenté contenant du GABA engendrait une diminution de la pression artérielle. Le but de ce projet a été d'évaluer la capacité de ces 9 souches de L. lactis ssp lactis à produire du GABA dans du fromage de type Cheddar. La capacité des souches GABA, proteinases négatives, à croître en présence de souches commerciales de L. lactis ssp cremoris proteinases positives, a été évaluée par un test de biocompatibilité et a permis la sélection des souches GABA A23 et H13. Par la suite, l'effet de différents paramètres d'affinage (3 pH, 2 ratios sel/humidité, 2 concentrations en glutamate) sur la production de GABA a été évalué à l'aide d'un système de caillé modèle. Les conditions optimales ont été déterminées (pH 4,9 ratio sel/humidité 3,5%, ratio souches GABA/W62 2 :2) et ont été reproduites en usine pilote pour la production de Cheddar. Les résultats démontrent que la composition, les propriétés rhéologiques et sensorielles des fromages renfermant du GABA ne sont pas significativement différentes des fromages témoins et une quantité de 0,35 mg de GABA/g de fromage a pu être produite après 56 jours d'affinage.

Au contraire du Camembert traditionnel, la pré-acidification du Camembert stabilisé est limitée par l’inoculation des bactéries lactiques thermophiles à une température inférieure à celle de leur croissance optimale (35-39 °C). Geotrichum candidum est une levure essentielle pour l’affinage du fromage Camembert grâce à ses activités biochimiques. En outre, quelques études ont rapporté que cette levure a été détectée dans les fèces humaines suite à la digestion du Camembert. Cette présence pourrait être due soit à la résistance intrinsèque des souches de G. candidum ou en lien avec les propriétés protectrices de la matrice fromagère. L’objectif de notre étude était d’examiner l’effet protecteur procuré à la souche G. candidum LMA-1028, par les propriétés de la matrice du fromage Camembert pendant la digestion statique in vitro. Afin d’y parvenir, deux matrices liquides (i.e. lait 3,25 % matières grasses et un milieu de culture) ainsi que deux matrices fromagères (i.e. Camembert traditionnel et Camembert stabilisé) ont été analysées. La survie de G. candidum et la désintégration de matrices étudiées ont été évaluées à différents temps de digestion aux étapes buccale, gastrique et duodénale. La désintégration du lait et du milieu de culture était plus élevée que celle des matrices fromagères en raison de leur structure liquide. La désintégration du Camembert stabilisé est plus importante que celle du Camembert traditionnel, ceci pourrait être attribué entre autres à une composition en lipides plus élevée. Globalement, la teneur en matière grasse des matrices laitières contrôle la progression de la désintégration. Lors de la digestion in vitro, la survie de G. candidum a été évaluée. Les résultats sur la viabilité de G. candidum LMA-1028 ont montré que cette souche est hautement résistante. La composition, la structure et les propriétés physicochimiques des matrices laitières n’ont pas amélioré la viabilité de G. candidum LMA-1028 pendant le transit gastro-intestinal. / Compared to traditional Camembert-type cheese, stabilized Camembert’s pre-acidification is limited using thermophilic lactic acid bacteria that are inoculated and used under their optimal growth temperature (35-39 °C). Geotrichum candidum is an essential ripening yeast of Camembert cheese due to its biochemical activities. Incidentally, it has been detected in human feces after Camembert consumption. However, this observation could be due either to the intrinsic G. candidum resistance to the gastrointestinal condition or to the protective properties of the Camembert cheese matrix. This study examines the putative protective effect of the cheese matrix on G. candidum LMA-1028 viability during static in vitro digestion. For this purpose, two liquid matrices (i.e. culture medium and pasteurized whole milk (3.25 %fat)) and two Camembert-type cheese variety (i.e. traditional and stabilized) were analyzed. G. candidum LMA-1028 survival under digestive stress was investigated at five digestion times (oral: 2 min, gastric: 60 and 120 min and duodenal: 60 and 120 min), while matrix disintegration was evaluated at three times (oral: 2 min, gastric: 120 min and duodenal: 120 min). Milk and culture medium matrices displayed higher disintegration than cheese matrices due to their liquid nature. The lowest measured disintegration of traditional Camembert compared to stabilized cheese matrix could be attributed to the higher fat content. Overall, dairy matrices disintegration was significantly modulated by the matrix fat content. The structure of the casein networks of milk and Camembert cheeses appears to modulate the accessibility of digestive juice into these matrices during gastric digestion. The difference in the original structure of both Camembert cheese matrices led to different rates of gastric disintegration and resulted in different rates of fat release. When comparing viability counts, G. candidum LMA-1028 showed a high intrinsic resistance to simulated gastrointestinal stresses. Camembert cheese matrices as well as milk didn’t bring additional protection to the studied strain LMA-1028.

L’utilisation de l’ultrafiltration (UF) pour la concentration du lait de fromagerie est une pratique courante en industrie laitière. Dépendamment de l’usage de ce type de concentré, plusieurs avantages y ont été associé, tels que des gains de rendements et de productivité. D’autres procédés baromembranaires, tels que l’osmose inverse (RO) et la nanofiltration (NF), actuellement utilisés pour la gestion des effluents de l’industrie laitière, semblent prometteurs pour réaliser cette étape de concentration du lait de fromagerie. En effet, les gains de rendements attendus avec ces deux procédés sont plus élevés qu’avec l’ultrafiltration car tous les composés du lait sont concentrés et peuvent potentiellement être retenus dans le fromage. De plus, le perméat généré ne contient essentiellement que de l’eau et peut être réutilisé au sein de l’usine. Cependant, ces types de concentrés laitiers (NF et RO) ne sont que peu connus et leur utilisation en fromagerie ne peut être envisagée actuellement. Le but de ce projet était donc de caractériser les concentrés laitiers provenant de l’osmose inverse ou de la nanofiltration du lait et de comprendre les facteurs influençant leurs propriétés fromagères. Une première étude a permis de mettre en évidence l’impact des procédés de concentration du lait sur les propriétés physico-chimiques des concentrés. Il a été montré que les équilibres entre les phases soluble et colloïdale n’étaient pas impactés de façon notable par la concentration du lait, que ce soit par UF, NF ou RO. Ces deux derniers procédés ont, en revanche, mené à une diminution du pH et une augmentation de la force ionique et de la viscosité des concentrés. A pH constant et teneur en protéines similaires, les propriétés de coagulation par la présure ont été impactées par le type de concentrés utilisé et globalement un concentré UF avait de meilleures propriétés de coagulation qu’un concentré NF ou RO. Ces différences ont été attribuées à la force ionique élevée et/ou à la viscosité élevée. Cette première partie a donc permis de déterminer l’impact du procédé de concentration sur les caractéristiques des concentrés et de mettre en évidence les différences de propriétés entre plusieurs types de concentrés laitiers. Dans une seconde étude, l’impact du type de concentré et de l’ajustement de pH sur les propriétés de coagulation par la présure a été déterminé. Les résultats obtenus dans la première partie du projet ont montré des différences de temps de coagulation des concentrés UF et RO. Pour mieux comprendre quel paramètre était responsable, les cinétiques d’hydrolyse de la caséine κ par la présure ont été étudiées. Deux résultats majeurs ont pu être mis en évidence. Premièrement, de faibles variations de pH ont permis d’obtenir des cinétiques de coagulation par la présure similaires entre un concentré RO et un concentré UF, malgré les différences importantes de composition. Deuxièmement, à même pH, les cinétiques d’hydrolyse étaient similaires entre ces deux concentrés et ainsi, les temps de coagulation dépendaient du degré d’hydrolyse au point de coagulation. Finalement, la troisième étude réalisée a permis de déterminer la contribution du lactose et des minéraux aux propriétés fromagères des concentrés RO et d’évaluer l’impact d’une modification des équilibres salins (déminéralisation de la micelle de caséines) des concentrés sur leurs propriétés fromagères. Les teneurs importantes en lactose et en minéraux ont été, conjointement, responsables des principales différences observées au niveau des propriétés de coagulation par la présure entre un concentré RO et UF. En revanche, seul le lactose était à l’origine de l’augmentation des rendements fromagers observée avec l’utilisation de concentrés RO. La déminéralisation de la micelle de caséine, via ajout de NaCl, a un impact négatif sur les propriétés fromagères des concentrés avec une perte de matière grasse marquée et une baisse des rendements fromagers, et n’est donc pas un moyen intéressant pour améliorer les propriétés fromagères des concentrés. Ce projet a permis d’apporter de nouvelles connaissances sur les concentrés laitiers produits par osmose inverse, et dans une moindre mesure par nanofiltration, et de mettre en évidence l’impact de ces procédés de concentration sur les propriétés fromagères des concentrés. La meilleure compréhension de ces systèmes laitiers et des facteurs affectant leurs caractéristiques permet de fournir des pistes à envisager pour optimiser leur utilisation en fromagerie. / The use of pressure-driven membrane processes is a common practice in the dairy industry, and ultrafiltration (UF) is widely used for the concentration of cheesemilk. Depending on how the UF concentrate is used, several advantages have been claimed, such as yield and productivity gains. Other membrane processes, such as reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF), are currently used for the management of effluents in the dairy industry and could be promising for cheesemilk concentration. Indeed, they are expected to lead to higher yield gains than UF concentrates, due to the concentration of all milk compounds and the retention of some of them in the cheese. In addition, the permeates generated contain essentially water and can be reused within the plant. However, only little information can be found about these types of milk concentrates and more knowledge is needed to consider their use for cheesemaking. The purpose of this project was therefore to characterize the milk concentrates from reverse osmosis and nanofiltration and to study their cheesemaking properties. A first study highlighted the impact of the milk concentration process on the physicochemical properties of the concentrates. It has been shown that the equilibria between the soluble and colloidal phases were not significantly affected by the concentration of milk, using UF, NF or RO. The latter two processes, on the other hand, have led to a decrease in pH and an increase in ionic strength and viscosity of the concentrates. At constant pH and similar protein content, rennet coagulation properties were affected by the type of concentrates used and, overall the UF concentrate had better coagulation properties than NF or RO concentrates. These differences were attributed to their high ionic strength and/or high viscosity. This first part, therefore, allowed us to have an overview of the impact of the concentration process on the concentrates characteristics and to highlight the differences in properties between various types of milk concentrates. A second study investigated the impact of the type of concentrate and pH adjustment on the rennet coagulation properties. The results obtained in the first part of the project showed the differences in coagulation times of UF and RO concentrates. To understand which parameter was responsible for those differences, the kinetics of κ- casein hydrolysis by rennet were studied. Two major results were highlighted. First, small pH variations allowed to obtain similar rennet coagulation kinetics between RO and UF concentrates, despite the significant differences in composition. Secondly, at the same pH, the hydrolysis kinetics were similar between these two concentrates and the differences in coagulation time were due to variation in the degree of hydrolysis at the coagulation point. Finally, the third study carried out highlighted the contribution of the high lactose and salts contents on the impaired cheesemaking properties of RO concentrates. Furthermore, the impact of a change in salt equilibrium (reduced micellar salt content) on the cheesemaking properties of milk concentrates was also studied. The high contents of lactose and salts were both responsible for the impaired rennet gelation properties of RO concentrates. However, the high lactose content alone was accountable for the increased cheese yields with the use of RO concentrates. Reducing the mineral charge of the micelles, via addition of NaCl, had a negative impact on the cheesemaking properties of concentrates with marked fat losses and decreased cheese yields. This approach is then not suitable to improve the cheesemaking properties of milk concentrates. This project provided new knowledge on milk concentrates produced by reverse osmosis, and to a lesser extent by nanofiltration, as well as on the impact of these concentration processes on the cheesemaking properties of the concentrates. The better understanding of these concentrates is necessary to optimize their use in cheesemaking.

Geotrichum candidum est une levure dimorphique qui occupe plusieurs rôles importants au sein de l’écosystème microbien de la surface des fromages à croute fleurie et à croute lavée. Ses différentes activités, notamment celles d’alcalinisation et de production de composés aromatiques, sont toutefois reconnues pour être souche-dépendantes. Peu d’études ont été menées sur la génétique de l’espèce G. candidum, bien que celle-ci mériterait d’être exploitée dans l’optique d’optimiser la production de ferments d’affinage utilisés dans les fromages affinés en surface. Dans le cadre de ce travail, les génomes de 11 souches de Geotrichum/Galactomyces spp. isolées de produits laitiers ou de l’environnement, ont été séquencés et comparés au niveau génomique. Également, afin d’avoir une caractérisation complète des souches, leur morphologie, leur capacité à croître en présence de différentes sources de carbone et à 35 °C, ainsi que leur capacité à se développer dans des caillés modèles ont été évaluées. Des divergences ont été observées entre les séquences génomiques des souches de Geotrichum spp. et Galactomyces spp., conduisant à la distinction des différentes espèces étudiées et à la formation de différents sous-groupes au sein de l’espèce G. candidum qui sont similaires à ceux établis par une étude préalablement réalisée par « Multilocus Sequence Typing » (MLST). Des différences ont également été observées entre les souches de l’espèce Geotrichum spp. en ce qui concerne leur morphologie, leur capacité à assimiler différentes sources de carbone ainsi que leurs propriétés alcalinisantes et protéolytiques lors de l’affinage de caillés modèles. La caractérisation génomique et phénotypique de souches de Geotrichum spp. fournit ainsi de nouvelles informations sur leurs caractéristiques et leur comportement dans différents milieux. Ce travail est donc d’une grande importance pour favoriser une meilleure sélection des souches de Geotrichum candidum pour le développement et l’amélioration de fromages affinés en surface. / Geotrichum candidum is a dimorphic yeast which plays several important roles within the surface microbial ecosystem of mold- and smear-ripened cheeses. Its various abilities, in particular those of alkalinization and production of aromatic compounds in cheeses are, however, recognized to be strain-dependent. Few studies have been carried out on the genetics of the species G. candidum, although this kind of information would be very useful in order to optimize the production of ripening cultures used in different types of surface ripened cheeses. In this project, the complete genomes of 11 Geotrichum/Galactomyces spp. strains isolated from dairy products or the environment were sequenced. Furthermore, in order to have a complete characterization of the strains, their morphology and their ability to grow in presence of different carbon sources, at 35°C, and in soft-cheese model curds were tested. Our results showed divergence between the genomic sequences of Geotrichum spp. and Galactomyces spp. strains, leading to the distinction of the different species studied and to the identification of different sub-groups among the G. candidum species that are consistent with those established in a previous study using Multilocus Sequence Typing (MLST). Differences were also observed between Geotrichum spp. strains for their morphology, their ability to metabolize different carbon sources, and their alkalinisation and proteolytic activities on soft-cheese model curd. The genome sequencing and the phenotypic characterization of the Geotrichum spp. strains provide new information about their characteristics and behavior in different media. This work is therefore of great importance to perform a better selection of G. candidum strains for the development and improvement of surface ripened cheeses.

Les variations dans la qualité des fromages affinés sont expliquées par plusieurs facteurs. Parmi ceux-ci, certains influencent la nature du microbiote des fromages, par exemple la présence de protéines antimicrobiennes natives du lait. Ce projet vise à déterminer la concentration et l'activité de la lactoferrine (Lf), de la lactopéroxydase (Lpo) et du lysozyme (Lz) au cours de la fabrication fromagère et dans différents types de fromages (Cheddar frais, Cheddar doux, Camembert et Suisse). Chaque protéine antimicrobienne fut analysée par deux méthodes. La technique de dosage d'immunoabsorption par enzyme liée (ELISA) fut employée pour chaque protéine. De plus, la Lpo fut mesurée par spectrométrie, la Lz par fluorescence et la Lf par HPLC. La mesure de Lf, Lpo et Lz dans le lait cru, le lait thermisé et le fromage frais a permis de déterminer qu'il n'y avait pas de différences significatives entre les teneurs dans le lait cru et le lait thermisé. Les résultats ont aussi démontré qu'il y a une quantité plus importante des trois antimicrobiens dans le fromage que dans le lait, et ce par un facteur de 2,78. Lors de l'étude des différents types de fromage commerciaux, diverses méthodes ont été comparées à l'ELISA. Il y a un manque de corrélation entre les valeurs obtenues par ELISA et celles obtenues par les autres méthodes. Les résultats révèlent que le fromage Camembert a une concentration moindre d'antimicrobiens que les trois autres fromages. Ceci semble être associé à une protéolyse plus avancée dans le Camembert. Les résultats ont aussi été rapportés par « gramme de protéines » et il y a tout de même des différences significatives entre les différents types de fromage. Ces résultats permettre une meilleure compréhension du passage des antimicrobiens présents dans le lait vers le fromage pour pouvoir, éventuellement, contrôler leur concentration. / Variations in cheese quality are explained by several factors. Among them, some influence the microbiota of cheeses such as native milk antimicrobial proteins. This project aims to determine the concentration and activity of lactoferrin (Lf), lactoperoxidase (Lpo) and lysozyme (Lz) during cheese making and in different cheese types (fresh Cheddar, mild Cheddar, Camembert and Suisse). Each antimicrobial protein was analyzed by two methods. An enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) technique was employed the analysis of each protein. In addition, the Lpo was measured by spectrometry, the Lz by fluorescence and the Lf by HPLC. The measurement of Lf, Lpo and Lz in raw milk, thermized milk and fresh cheese revealed that there were no significant differences between level in raw milk and thermized milk. Results also showed that there is a higher quantity of the three antimicrobials in cheese than in milk by a factor of 2.78. When studying different types of commercial cheese, the various methods were compared to ELISA. There is a lack of correlation between the results obtained by ELISA and those of the other methods. Results show that Camembert cheese has lower levels of antimicrobials than the other 3 cheeses and is different from Swiss cheese for all antimicrobials. This seems linked to a higher degree of proteolysis in Camembert. The results were also reported by "grams of protein" and there are still significant differences between the different types of cheese. These results allow a better understanding of the transition of the antimicrobials present in the milk towards the cheese to be able, possibly, to control their concentration.

Brevibacterium aurantiacum est l'un des principaux micro-organismes utilisés dans la production de fromages à croûte lavée dans le monde. L’utilisation de cette bactérie est dû à sa richesse métabolique, car elle produit des composés soufrés volatils, des pigments caroténoïdes et des enzymes lipolytiques et protéolytiques, qui sont nécessaires à la maturation d’une variété de fromages. Des souches de cette espèce bactérienne sont inoculées à la surface de fromages au cours de l'affinage et sont sensibles à des infections virales. Les bactériophages (phages), virus qui infectent les bactéries, sont omniprésents dans divers écosystèmes. Dans l'industrie laitière, ils sont reconnus pour perturber les procédés de production lors de l'infection de ferments lactiques, mais leur implication sur des fromages présentant des défauts de couleur et de saveur reste à démontrer. Ces anomalies de maturation de fromages à croûte lavée ont conduit à cette thèse. Le premier objectif de cette thèse de doctorat consistait à analyser le génome de la souche industrielle B. aurantiacum SMQ-1335 et qui est aussi sensible à des phages. Le deuxième objectif de la thèse visait à étudier les phages virulents infectant cette souche. D’ailleurs, cette étude rapporte la première description et caractérisation de phages infectant cette espèce bactérienne. Malgré la similitude entre ces phages, des répétitions en tandem d'ADN ont été identifiées dans des génomes viraux et une analyse approfondie a montré que ces segments d'ADN sont répandus parmi les phages. Le troisième objectif visait à étudier l'interaction phage-hôte via l’analyse du génome de souches mutantes insensibles aux phages. En étudiant ces souches mutantes, des gènes potentiellement nécessaires pour l'infection phagique ont été identifiés. Enfin, le quatrième et dernier objectif visait à évaluer l'impact des phages de B. aurantiacum dans la production de fromages à croûte lavée et ce, à l'aide des caillé modèles. À noter que le reclassement de la souche SMQ-1335, avant identifiée auparavant comme Brevibacterium linens, est décrit en annexe de cette thèse. Malgré des décennies d'études sur les phages laitiers, les phages de B. aurantiacum étaient encore inconnus. Mes travaux auront permis le développement d’un protocole reproductible pour isoler ces phages. Ces travaux ont également apporté de nouvelles connaissances sur les interactions phage-hôte et de leur impact dans les fromages affinés en surface. / Brevibacterium aurantiacum is one of the key players in the production of washed rind cheeses produced worldwide. The importance of this bacterium to the dairy industry is due to its metabolic richness, as it produces volatile sulfur compounds, carotenoid pigments, and lipolytic and proteolytic enzymes, which play roles in the maturation of washed rind cheeses .As strains of this species are regularly inoculated on the cheese surface during ripening, there is a significant risk of viral attacks. Bacteriophage (phages), viruses that infect bacteria, are ubiquitous in the cheese environment. In the dairy industry, virulent phages have long been known to disrupt cheese processes by infecting lactic acid bacteria. The recent observations of color and flavor defects in washed rind cheeses suggested that phages may also infect strains of B. aurantiacum. These observations led to this thesis.The first objective of this PhD dissertation was to study the genomics of B. aurantiacum SMQ-1335, an industrial strain used in the production of washed rind cheeses. The second objective of the thesis was to study the diversity and biology of virulent phages infecting this industrial strain. This study was the first report of phages infecting B. aurantiacum. Despite the low diversity of the isolated B. aurantiacum phages, DNA tandem repeats were found in an intragenic region of the viral genomes and extended analysis showed that these DNA segments are widespread among phages. The third objective was to investigate phage-host interactions through the genome analyses of bacteriophage insensitive mutants, which were selected by challenging SMQ-1335 with phage AGM1. Host genes likely necessary for phage infection were identified and may explain why some of these mutants are phage-resistant. Finally, the fourth objective of this thesis evaluated the impact of virulent phages on the production of washed rind cheeses using model curds. Of note, the reclassification of the strain SMQ-1335, long believed to be Brevibacterium linens, is described in the annex of the thesis. Despite decades of studies on dairy phages, B. aurantiacum phages were still unknown. Here, a reproducible protocol to isolate these phages was developed, which may allow the isolation of new phages. This work also led to increased knowledge on phage-host interactions as well as on and their roles in surface-ripened cheeses.

Le rendement fromager a toujours été un enjeu majeur pour les fromagers industriels. En valorisant le lactosérum, principal coproduit de la production fromagère, les fromagers réussissent à augmenter ces rendements et diminuer les effluents de production. Cependant, ces opérations pourraient être optimisées. En étudiant un procédé d’injection directe de vapeur (DSI), ce projet visait à optimiser la transformation de concentrés protéiques de lactosérum en ingrédient laitier destiné à l’augmentation des rendements fromagers. La DSI n’ayant pas été utilisée dans ce contexte particulier, le procédé fût modélisé pour décrire son rendement et prédire les propriétés fonctionnelles des agrégats obtenus. Les modèles créés ont permis de décrire des mécanismes de dénaturation et d’agrégation qui n’avaient pas été observées auparavant. Ils ont également permis d’établir que la température et le pH étaient les meilleurs outils pour obtenir les propriétés fonctionnelles idéales pour la réincorporation fromagère. / Cheese yield has always been a major concern for industrial cheese makers. By valorising whey, the main coproduct of the cheese making process, cheese makers can achieve a higher yield and a lower waste output. However, these operations could be optimized. By studying a direct steam injection (DSI) process, this project aimed to optimize the transformation of whey protein concentrates into a dairy ingredient oriented towards the increase in cheese yields. Since DSI has not been used before in this particular context, the process was modelled to describe its yield and predict the functional properties of the aggregates produced. The models created allowed the description of denaturation and aggregation mechanisms that had not been observed before. They have also allowed identifying temperature and pH as the best parameters of the process to achieve the ideal functional properties for cheese reincorporation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018. / La transformation du lactosérum de fromagerie en concentré de protéines du lactosérum dénaturées (CPLD), pour recyclage dans une production fromagère subséquente, est maintenant pratique courante dans l’industrie à grande échelle au Canada. Bien que les CPLD puissent être utilisés comme ingrédients de remplacement de la matière grasse, vu les coûts élevés de la protéine laitière dans le contexte canadien, l’emploi de CPLD vise parfois plutôt à substituer en partie la caséine du lait dans le fromage. Le CPLD ayant servi à réaliser le présent projet représente un CPLD conçu en milieu industriel dans cette optique. De façon générale, l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie est associée à une rétention d’eau accrue dans le fromage et à des changements de texture, mais les mécanismes responsables de ces phénomènes demeurent à clarifier. Cette thèse avait pour but d’étudier et expliquer les conséquences de l’addition de CPLD au lait de fromagerie sur les propriétés physico-chimiques des gels présure et mécaniques du fromage. Une première étude a permis d’évaluer l’effet combiné des niveaux de CPLD et de gras dans le lait de fromagerie sur ses propriétés de coagulation par la présure et la capacité de contraction du gel. L’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD a résulté en une diminution du taux de coagulation et de la rigidité du gel (module d’élasticité - G), ainsi qu’en une diminution de la capacité de contraction du gel. Un effet direct du CPLD sur ces propriétés, au-delà d’un effet attribué à la dilution des caséines, a été mis en évidence. En outre, cette étude a permis de confronter l’effet des agrégats de protéines du lactosérum dénaturées, considérés comme éléments de remplissage des gels, à l’effet d’un autre type d’éléments de remplissage soient les gouttelettes de gras : à fractions volumiques équivalentes, les résultats ont montré des impacts distincts sur les propriétés mécaniques des gels. Une seconde étude a permis d’évaluer l’effet des différentes fractions du CPLD sur les propriétés de coagulation du lait par la présure et la capacité de contraction du gel. Le CPLD a été fractionné par centrifugation et dialyse en trois composantes : agrégats sédimentables, composante non sédimentable et composante diffusible. La composante diffusible (minéraux solubles) n'a pas affecté les paramètres de coagulation et de contraction. Les agrégats sédimentables de même que la composante non sédimentable ont influencé négativement les propriétés de coagulation ainsi que la capacité de contraction du gel. Les résultats ont notamment suggéré que des complexes protéiques solubles (non sédimentables et non diffusibles) retrouvés dans le CPLD puissent interagir avec les micelles de caséine emprésurées et limiter la formation et la contraction du gel. Une troisième étude a permis d’évaluer l'effet du CPLD et de ses fractions sur la composition et les propriétés mécaniques du fromage. La centrifugation a été utilisée pour induire un gradient d'humidité dans le fromage, afin d’isoler la contribution directe du CPLD et de ses fractions aux propriétés mécaniques du fromage. Le rendement et la teneur en humidité du fromage ont augmenté et la rigidité du fromage (module complexe - G*) a diminué avec l’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD dans le lait de fromagerie. Cependant, pour des fromages ayant une même teneur en humidité, l’augmentation du niveau de CPLD n'a pas eu d'effet direct sur les paramètres rhéologiques. Les agrégats sédimentables ont été principalement responsables de l'augmentation du rendement fromager avec l’utilisation de CPLD. Dans l'ensemble, la teneur en humidité a expliqué en grande partie la variation des propriétés rhéologiques du fromage en fonction de la fraction de CPLD. Toutefois, en éliminant l'effet de l'humidité, l'addition des agrégats sédimentables du CPLD a conduit à une augmentation de la rigidité du fromage. Par la mise en évidence de l’effet distinct de chacune des fractions du CPLD, au cours de la transformation du lait en fromage, ces travaux ont conduit à l’identification de mécanismes d’action expliquant l’impact de l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie sur les propriétés des gels présure et du fromage : des connaissances en appui au développement de CPLD de haute performance en fromagerie et à l’amélioration de la qualité du fromage enrichi de CPLD. / Transformation of cheese whey into denatured whey protein concentrate (DWPC) for recycling into a subsequent cheese production is now common practice in large-scale industry in Canada. Although DWPC can be used as a fat replacer, considering the high cost of dairy protein in the Canadian context, DWPC is sometimes used as a substitute for milk casein in cheese. The DWPC used to carry out this project consists in a DWPC designed for this purpose in an industrial context. The introduction of DWPC into cheese milk is generally associated with increased water retention in cheese and changes in texture, but the mechanisms responsible for these phenomena remain to be clarified. This thesis was aimed at studying and explaining the consequences of the addition of DWPC to cheese milk on the physicochemical properties of rennet gels and mechanical properties of cheese. A first study evaluated the combined effect of DWPC and fat concentrations in milk on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The increase in the substitution level of DWPC proteins for milk proteins in cheese milk resulted in a decrease in coagulation rate and gel rigidity (elastic modulus - G), as well as a decrease in gel contraction capacity. A direct effect of the DWPC on these properties was demonstrated beyond an effect attributed to casein dilution. Moreover, this study allowed to compare the effect of denatured whey protein aggregates to that of fat globules, while both elements are considered to be fillers in rennet gels. For equivalent volume fractions, the results clearly showed different impacts of these fillers on gel mechanical properties. A second study evaluated the effect of different fractions from the DWPC on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The DWPC was fractionated by centrifugation and dialysis into three components: sedimentable aggregates, non-sedimentable component and diffusible component. The diffusible component (soluble minerals) did not affect coagulation and contraction parameters. The sedimentable aggregates and the non-sedimentable component both negatively influenced the coagulation properties as well as gel contraction capacity. The results suggested that beyond the effect of sedimentable whey protein aggregates, soluble proteinaceous complexes (non-sedimentable and non-diffusible) found in the DWPC could interact with the renneted casein micelles and limit gel formation and contraction. A third study evaluated the effect of DWPC and its fractions on the composition and mechanical properties of cheese. Centrifugation was used to induce a moisture gradient in the cheese to isolate the direct contribution of the DWPC and its fractions to the mechanical properties of cheese. Cheese yield and moisture content increased and cheese rigidity (complex modulus - G*) decreased when the DWPC was substituted for milk proteins in milk. However, for cheeses with the same moisture content, the substitution of DWPC proteins for milk proteins had no direct effect on rheological parameters. The sedimentable aggregates were primarily responsible for the increase in cheese yield with the use of DWPC. Overall, moisture content explained to a large extent the variation in cheese rheological properties depending on the DWPC fraction. However, when the effect of moisture was removed, the addition of the DWPC sedimentable aggregates to milk led to an increase in cheese rigidity. By demonstrating the distinct effect of each of the DWPC fractions during the processing of milk into cheese, this work led to the identification of mechanisms that explain the impact of introducing DWPC in cheese milk on the properties of rennet gels and cheese. These knowledges could support the development of high-performance ingredients that increase whey proteins recovery in cheese and could help to improve the quality of DWPC-fortified cheese.

Le sel (NaCl) joue plusieurs rôles importants dans les fromages aux niveaux technologique, microbiologique et organoleptique. Cependant, le sodium, un facteur de risque des maladies cardiovasculaires, est consommé en trop grande quantité par les Canadiens. Comme la réduction du sodium pourrait affecter la texture des fromages à pâte molle à croûte fleurie et la libération des nutriments pendant la digestion, l’impact de la réduction du sodium sur la bioaccessibilité des protéines dans le fromage Brie a été étudié. Ainsi, la composition et les caractéristiques texturales de fromages Brie ayant différentes teneurs en sodium (standard, réduite, substituée au KCl) ont été analysées. Une réduction du sodium de 23 % a été obtenue pour les fromages réduits en sodium. Le temps d'affinage affecte la protéolyse et la texture des fromages. La cinétique de dégradation de la matrice fromagère et la libération des protéines ont été déterminées par une approche de digestion in vitro. La désintégration de la matrice fromagère et la libération des protéines pendant la digestion in vitro ne sont pas différentes entre les fromages expérimentaux. Ces travaux démontrent qu'il est possible de réduire le sodium sans affecter le profil de protéolyse et la texture pendant l'affinage du fromage Brie ainsi que son comportement à la digestion. / Salt (NaCl) plays several important roles in cheese to technological, microbiological and organoleptic levels. However, sodium, which is a cardiovascular disease risk factor, is consumed in too large quantity by Canadians. As sodium reduction might affect the texture of surface-mold-ripened soft cheeses and the release of nutrients during digestion, the impact of sodium reduction on the bioaccessibility of proteins in Brie cheese was studied. The impact of sodium reduction on the cheese protein bioaccessibility during in-vitro digestion was studied. Thus, the composition and textural characteristics of Brie cheese having different sodium content (standard, reduced, substituted with KCl) were analyzed. A sodium reduction of 23 % was obtained for the sodium reduced cheeses. The ripening time affects proteolysis and texture of cheese. The kinetics of degradation of the cheese matrix and the protein release was determined by in vitro digestion approach. The cheese matrix disintegration and protein release during digestion in vitro did not differ between the experimental cheeses. This work shows that it is possible to reduce sodium without affecting the proteolysis profile and texture during cheese ripening Brie and behavior during in-vitro digestion.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2013