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No / The surface energy of a-lactose monohydrate measured by inverse gas chromatography (IGC) is reported along with a dynamic molecular modelling study of the interaction of the various molecular probes with different surfaces of a-lactose monohydrate. The IGC results show that a-lactose monohydrate is acidic in nature. Using quantitative calculations of the energy of adsorption, the acidic nature of the surface is confirmed and the calculated values agree closely with the experimentally measured values. Along with the acidic nature, dynamic molecular modelling also reveals that the presence of a channel and water molecules on a surface affects the surface energetics of that face. The presence of water on the surface can decrease or increase the surface energy by either blocking or attracting a probe molecule, respectively. This property of water depends on its position and association with other functional groups present on the surface. The effect of a channel or cavity on the surface energy is shown to depend on its size, which determines whether the functional groups in the channel are assessable by probe molecules or not. Overall molecular modelling explains, at the molecular level, the effect of different factors affecting the surface energy of individual faces of the crystal.

No / This research work was carried out to compare the physicochemical parameters of milk samples from four different animal species namely cow, goat, camel and sheep. Milk samples were collected from different areas of Misurata, Libya and analyzed for the key physiochemical parameters, pH, titratable acidity, total solids, ash, fat, protein and lactose. Furthermore in this study the concentrations of Zinc (Zn), Cadmium (Cd), Chromium (Cr), Magnesium (Mg), Manganese (Mn), Potassium (K), Calcium (Ca) Copper (Cu), Iron (Fe) and Lead (Pb) in similar commercial milk specimens from the same area were determined using microwave plasma- atomic emission spectrometry In fresh cow’s milk, the mean concentrations of Pb, Cd, Cr, Cu, Fe, Zn, Mg, Mn, Ca and K were 0.13± 0.19 (mg/l), 0.004± 0.001 (mg/l), 0.04± 0.01 (mg/l), 0.17± 0.11 (mg/l), 0.72± 0.02 (mg/l), 1.98± 0.04 (mg/l), 214.00± 0.20 (mg/l), 0.080± 0.05 (mg/l), 423.0± 3.5 (mg/l) and 427.0± 2.5 (mg/l), respectively. While the mean concentration of Pb, Cd, Cr, Cu, Fe, Zn, Mg, Mn, Ca and K, in the goat’s milk were 0.761 ± 0.78 (mg/l), 0.085 ± 0.02 (mg/l), 1.253 ± 0.18 (mg/l), 0.400± 0.08 (mg/l), 1.23± 0.21 (mg/l), 3.110± 0.15 (mg/l), 140.0± 0.31 (mg/l), 0.097± 0.07 (mg/l), 473± 5.12 (mg/l) and 510± 6.05 (mg/l), respectively. The concentration of Pb, Cd, Cr, Cu, Fe, Zn, Mg, Mn, Ca and K, in the camel’s milk were 0.025 ± 0.019 (mg/l), 0.091± 0.05 (mg/l), 0.069± 0.07 (mg/l), 0.080 ± 0.05 (mg/l), 1.680 ± 0.43 (mg/l), 5.380 ± 1.17 (mg/l), 120.0 ± 0.11 (mg/l), 0.094 ± 0.04 (mg/l), 520.0 ± 0.32 (mg/l) and 571.0± 0.81 (mg/l), respectively. The concentration of Pb, Cd, Cr, Cu, Fe, Zn, Mg, Mn, Ca and K, in the sheep’s milk were 0.062± 0.03, 0.106± 0.11, 0.040± 0.01, 0.201± 0.10, 0.880± 0.31, 5.350± 0.50, 180± 1.20, 0.072± 0.01, 478± 3.10, and 593.96± 1.87, respectively.

Background: Lactose intolerance (LI) is an inability or reduced ability to produce the enzyme lactase. This disorder causes discomfort like stomach pain and/or diarrhea. The most common cause of LI for adults is a mutation in the MCM6 gene, a single nucleotide polymorphism at C/T-13910. Haemochromatosis (HH) is a hereditary disease that causes more iron uptake from food than normal, which leads to more iron circulating in the blood and causing more iron to be stored in the liver. About 90% of HH patients are homozygous for C282Y and there is a connection between compound heterozygous for C282Y and H63D and potential development of HH. In this study, two different methods were used and compared to analyze the gene for LI (LCT) and the gene for HH (HFE). An extraction-free method by LaCAR and a DNA extraction In-house method done at Sundsvalls hospital Sweden. Method: Genotyping for LCT and HFE was done by polymerase chain reaction (PCR) technique on DNA extracted from whole blood (EDTA samples). Results: All the blood samples gave the same genotype on both methods. One LI sample had an extra curve at T/G-13915, which was detected by the LaCAR method but not the in-house method. One HH sample had a different C curve at 187, which was detected by both methods. Conclusion: The LaCAR method was identified as a good alternative for the analysis of LCT and HFE genotypes. It was able to detect additional mutations in the MCM6 gene for LCT analysis and has a shorter run time.

La faisabilité de l'oxydation du lactose vers l'acide lactobionique en milieu alcalin en présence d'un catalyseur bimétallique hétérogène Bi-Pd supporté sur la silice mesostructurée, SBA-15, a été étudiée dans un réacteur discontinu agité. Les objectifs étaient : (i) la formulation du catalyseur bimétallique avec la charge optimale des métaux sur le support, (ii) l'optimisation des conditions de réaction: la température, le débit d'air, le rapport métal/lactose, le pH; (iii) l'évaluation de la stabilité du catalyseur et de sa performance dans des études à plus grande échelle. Les réactions ont été effectuées à des températures comprises entre 38 et 80°C et le pH situé entre 7 et 9. Le catalyseur 1.02% Pd 0.64% Bi/SBA-15 avec un rapport molaire de Bi:Pd=0.3 a montré une activité et une sélectivité envers l'acide lactobionique les plus élevées. Les conditions optimales du procédé ont été déterminés à 65°C et à un pH de 9 avec un contrôle strict de l'oxygène dissous (<1% à la concentration d'équilibre de l'oxygène à la température de la réaction). Après 3 heures de réaction, le nouveau catalyseur a montré une très bonne stabilité à la lixiviation des métaux. L'activité et la sélectivité du nouveau catalyseur sont reliés à l'alliage Bi|.75Pd trouvé. / The feasibity of microaerial oxidation of lactose to lactobionic acid (LBA) in alkaline medium over heterogeneous bimetallic Bi-Pd catalyst supported on mesostructured silica material, SBA-15 in an agitated batch reactor was studied. The objectives were: (i) formulation of the bimetallic catalyst with optimum metal loading on the support, (ii) optimization of reaction conditions, metal/lactose ratio, temperature, airflow, pH of the reaction and (iii) evaluation of catalyst stability and its performance in scale-up studies. Reactions were carried out in a range of temperature (38 - 80°C) and pH (7-9). The 1.02%Pd 0.64%Bi/SBA-15 catalyst with Bi:Pd=0.3 molar ratio showed the highest activity and selectivity towards lactobionic acid. The optimal conditions were found at 65°C and pH 9 with a systematic control of dissolved oxygen (<1% of 02 equilibrium concentration at reaction temperature). After 3 hours of reaction, the novel catalyst has shown to have a very good stability against metals leaching. The activity and selectivity of the novel catalyst appear to relate to Bii.75 Pd alloy.

Le lactose est le seul disaccharide présent dans le lait, cependant malgré ses nombreuses applications il reste un produit sous utilisé. De ce fait, il serait intéressant d’étudier sa transformation sélective par voie d’oxydation catalytique de façon à obtenir des produits dérivés du lactose pouvant être employés dans l’industrie alimentaire ou pharmaceutique. Ce travail concerne essentiellement l’oxydation catalytique du lactose en acide lactobionique en présence d’un catalyseur bimétallique à base de palladium et bismuth supportés sur la silice mesoporeuse de type SBA-15 (1,02%Pd_0,64%Bi/SBA-15). Les meilleures conditions opératoires de la réaction, comme la température, le pH et la manière d’introduire l’oxygène et son débit ont été déterminées afin d’optimiser l’activité catalytique et la sélectivité de la réaction. L’analyse par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) des échantillons de la réaction d’oxydation du lactose a montré que l’acide lactobinique est l’unique produit formé sous les conditions opératoires optimisées, à savoir: La température =65°C, pH=9 et le débit d’oxygène =40 mL/min. Le taux de conversion du lactose est alors proche de 98% avec une sélectivité envers l’acide lactobionique de 100%. Par ailleurs, il a été montré que le catalyseur réactivé par réduction sous un courant d’hydrogène, peut être réutilisé plusieurs fois, tout en conservant son activité. / Lactose is among the most abundant carbohydrates present in milk. However, despite its many applications in dairy and pharmaceutical industries, it remains underutilized. Hence, it would be interesting to study its selective transformation through catalytic oxidation to obtain derivative products with added-value that can be used in food or pharmaceutical applications. This work aims to study the lactose conversion to lactobionic acid via catalytic oxidation in the presence of a bimetallic catalyst based on palladium and bismuth supported on mesostructured silica SBA-15 (1.02% Pd_0, 64% Bi/SBA-15). The optimization of reaction parameters such as temperature, pH, oxygen rate and the strategy to introduce oxygen was carried out to determine the best operating conditions maximizing the catalytic activity and selectivity of the reaction. The analysis of the reaction samples of lactose oxidation by high-performance liquid chromatography (HPLC) showed that lactobionic acid is the only product formed under the optimized conditions, namely: temperature = 65 ° C, pH = 9 and the oxygen flow rate = 40mL/min. The conversion rate of lactose is then close to 98% with selectivity of 100 % towards lactobionic acid. Furthermore, it was shown that the catalyst reactivated by reduction under a hydrogen stream, can be reused several times, while conserving its activity.

Le lactosérum et le perméat de lactosérum (WP) sont les principaux sous-produits du processus de fabrication du fromage et de la caséine. Ils sont considérés comme des polluants environnementaux en raison de leur charge organique élevée caractérisée par une haute demande biologique et chimique en oxygène. Ils créent un problème majeur d'élimination pour l'industrie laitière en raison des grands volumes de leur production annuelle. Par conséquent, il y a une demande constante de développer une approche durable pour leur utilisation afin d'éviter la pollution de l'environnement. Dans ce contexte, cette étude visait à comparer la technologie d'électro-activation (EA) à un processus d'isomérisation chimique, à alcalinité équivalente de la solution, pour produire du lactulose, qui est un prébiotique reconnu et éprouvé, en utilisant du lactose pur, du lactosérum et du perméat de lactosérum, comme matières premières sources de lactose, et de valoriser les produits électro-activés en produisant des métabolites à haute valeur ajoutée en utilisant une culture de kéfir et une culture pure de Kluyveromyces marxianus comme approche intégrée pour la valorisation complète de ces résidus de l'industrie laitière. La technologie d'électro-activation a été appliquée pour isomériser le lactose en lactulose dans un réacteur d'électro-activation modulé par des membranes échangeuses d'anions et de cations. L'électro-isomérisation du lactose en lactulose a été réalisée en utilisant des solutions de lactose (5, 10, 15 et 20 % p/v), de lactosérum (7, 14 et 21 % p/v) et de perméat de lactosérum (6, 12 et 18 % p/v) sous des intensités de courant électrique de 300, 600 et 900 mA pendant 60 min avec un intervalle d'échantillonnage de 5 min. L'isomérisation chimique conventionnelle a été réalisée à une alcalinité de la solution équivalente au KOH correspondant à celle mesurée dans les substrats électro-activés (lactose, lactosérum et perméat de lactosérum) à chaque intervalle de 5 min en utilisant de la poudre de KOH comme catalyseur à température ambiante (22 ± 2 °C). Les résultats obtenus ont montré que la production de lactulose en utilisant l'approche par électro-activation dépendait de l'intensité du courant électrique, de la concentration de la solution soumise à l'électro-activation et du temps de réaction. Les rendements les plus élevés de lactulose sont de 38 % en utilisant une solution de lactose de 10 % électro-activé pendant 40 min sous 900 mA, de 32 % en utilisant une solution de 7 % de lactosérum électro-activé sous 900 mA pendant 60 min et de 37 % en utilisant une solution de 6 % de perméat de lactosérum électro-activé sous 900 mA pendant 50 min. Parallèlement, les résultats ont montré qu'avec une approche chimique conventionnelle avec du KOH comme catalyseur, les rendements de lactulose étaient de ~27 % en utilisant une solution de 10 % de lactose pendant 60 min et de 25,47 % en utilisant une solution de 6 % de perméat de lactosérum pendant 50 min. Cependant, aucune formation de lactulose n'a été observée en utilisant du lactosérum dans le procédé chimique conventionnel à une alcalinité équivalente de la solution traitée par électro-activation. Les résultats de cette étude ont révélé que la technologie d'électro-activation est plus efficace pour la production du lactulose à partir du lactose pur, du lactosérum et du perméat de lactosérum par rapport au processus d'isomérisation chimique conventionnelle. Par la suite, la faisabilité d'utiliser les substrats à base de lactose électro-activé, du lactosérum électro-activé et du perméat de lactosérum électro-activé comme sources de carbone pour produire de la biomasse riche en protéines et métabolites à valeur commerciale élevée comme des acides organiques (lactique, acétique, citrique et propionique) et des biomolécules aux propriétés aromatiques et gustatives a été étudiée en utilisant une culture microbienne mixte provenant de grains de kéfir comme ferment et une culture pure de Kluyveromyces marxianus. La fermentation a été réalisée pendant 96 h à 30 °C en utilisant les substrats électro-activés et non électro-activés du lactose, du lactosérum et du perméat de lactosérum. Les résultats obtenus ont montré que les substrats électro-activés ont permis d'atteindre une croissance de la biomasse la plus élevée en un temps de fermentation réduit comparativement aux substrats non électro-activés en utilisant la culture de kéfir comme agent de fermentation. La croissance cellulaire la plus élevée (6,04 g/L) a été obtenue dans le lactosérum électro-activé après 72 h, qui était 1,7 fois supérieure à ce qui était obtenu dans le milieu clostridien renforcé (RCM). De plus, le lactosérum électro-activé a permis de produire un maximum de 8,46, 3,97, 0,60 et 1,02 g/L d'acide lactique, acétique, citrique et propionique, respectivement. De plus, le lactosérum électro-activé a permis la production de kéfiran la plus élevée de 2,99 g/L, suivi par le lactosérum (2,67 g/L), le perméat de lactosérum électro-activé (2,31 g/L), le perméat de lactosérum (1,88 g/L), le milieu RCM (1,42 g /L), le lactose électro-activé (1,37 g/L) et le lactose (0,91 g/L). Les résultats ont également démontré que divers composés aromatiques volatils étaient produits au cours de la fermentation du lactosérum électro-activé, ce qui peut améliorer les caractéristiques organoleptiques et la qualité sensorielle des produits fermentés. Également, K. marxianus a également montré une production satisfaisante de la biomasse dans tous les substrats utilisés et que le lactosérum électro-activé a permis d'atteindre une biomasse maximale (4,23 g/L) après 96 h de fermentation, suivie du milieu standard YM (4,85 g/L). La biomasse produite avait une teneur élevée en protéines et en lipides (24,43-57,83 et 15,44-25,64 %, respectivement) dépendamment des substrats utilisés et des conditions de fermentation. Plusieurs acides organiques majeurs comme les acides lactique, acétique, citrique et propionique ont été produits pendant la fermentation sur tous les milieux, avec des différences significatives entre les substrats électro-activés et non électro-activés. De plus, K. marxianus a produit divers composés aromatiques volatils aux propriétés organoleptiques appréciées. Le milieu de culture YM a entraîné la plus faible production d'éthanol (8,42 g/L à 48 h) tandis que la plus forte production d'éthanol a été produite dans le lactosérum non électro-activé (28,13 g/L à 48 h), suivi du lactose (27,85 g/L à 48 h), du lactose électro-activé (26,77 g/L à 36 h), du perméat de lactosérum (25,99 à 72 h), du perméat de lactosérum électro-activé (24,66 g/L à 36 h) et du lactosérum électro-activé(22,06 g/L à 48 h). De plus, un maximum de 393,85 à 988,22 mg/L de 2-phényléthanol a été atteint, selon les substrats utilisés. Par conséquent, les résultats de ce projet suggèrent que la technologie d'électro-activation peut être une approche durable émergente permettant d'atteindre le double objectif de production de lactulose, un prébiotique reconnu et éprouvé, et de valorisation intégrale du lactosérum et de ses dérivés en utilisant des bioprocédés à base de culture de kéfir et de K. marxianus pour produire des métabolites à valeur commerciale élevée pour différentes applications; y compris pour l'industrie de l'alimentation humaine et animale. Ainsi, les connaissances obtenues dans ce projet pourront servir à améliorer la valorisation du lactosérum. / Whey and whey permeate (WP) are the main agro-industrial by-products from cheese or casein production process that are regarded as environmental pollutants because of their high organic load (high biochemical and chemical oxygen demand) and are creating a major disposal problem for the dairy industry. Consequently, there is a serious demand of developing a sustainable approach for their utilization to evade environmental pollution. In this context, the study was intended to compare the electro-activation (EA) technology with a chemical isomerization process at equivalent solution alkalinity to produce a prebiotic lactulose using lactose, whey, and WP as feedstocks and to valorize the electro-activated materials into valuable metabolites using a whole Kefir culture and a pure culture of Kluyveromyces marxianus as an integrated approach for complete valorization of these waste products. The EA technique was applied to isomerize lactose into lactulose in an EA react or modulated by anion and cation exchange membranes. Electro-isomerization of lactose into lactulose was performed by using lactose (5, 10, 15, and 20%, w/v), whey (7, 14, and 21%, w/v), and WP (6, 12, and 18%, w/v) solutions under current intensities of 300, 600, and 900 mA during 60 min with a sampling interval of 5 min. The conventional chemical isomerization was carried out at the KOH-equivalent solution alkalinity corresponding to that measured in the electro-activated lactose (EA-lactose), electro-activated whey (EA-whey), electro-activated whey permeate (EA-WP) solutions at each 5 min interval using KOH powder as a catalyst at ambient temperature (22 ± 2 °C). The results showed that the production of lactulose using the EA approach was current intensity-, solution concentration-, and reaction time-dependent. The highest lactulose yields of 38 (at 40 min for a 900 mA and 10% lactose solution), 32 (at 60 min for a 900 mA and 7% whey solution), and 36.98% (at 50 min for a 900 mA and 6% WP solution) were achieved for lactose, whey, and WP, respectively. Whereas the maximum lactulose yields of ~27 (at 60 min for 10% lactose solution) and 25.47% (at 50 min for 6% WP solution) were obtained for lactose and WP, respectively. However, no lactulose was produced for whey using the chemical process at the equivalent solution alkalinity as in the EA technique. The outcomes of this study revealed that the EA technology is a more efficient technique for the enhanced production of lactulose from lactose, whey, and WP compared to the convention chemical isomerization process. Thereafter, the feasibility of using electro-activated whey-based substrates including EA-lactose, EA-whey, EA-WP as carbon sources to produce protein enriched biomass and valuable metabolites including organic acids (i.e., lactic, acetic, citric, and propionic acids) and biomolecules with aroma and flavor properties was studied using a mixed microbiota originated from whole kefir grains as a starter culture and a pure culture of Kluyveromyces marxianus ATCC 64884. Fermentation was performed for 96 h at 30 °C using both electro-activated (EA) and non-electroactivated (non-EA) substances of lactose, whey, and WP. The results showed that the EA-substrates achieved a higher biomass growth in a reduced fermentation time than their non-EA mediums using the kefir culture. The highest cell growth (6.04 g/L) was obtained for EA-whey after 72 h which was even 1.7-fold higher than a standard nutrition broth, the reinforced clostridial medium (RCM). Furthermore, EA-whey produced a maximum of 8.46, 3.97, 0.60, and 1.02 g/L of lactic, acetic, citric, and propionic acid, respectively. Moreover, EA-whey achieved the highest kefiran production of 2.99 g/L, followed by the whey (2.67 g/L), EA-WP (2.31 g/L), WP (1.88 g/L), RCM broth (1.42 g/L), EA-lactose (1.37 g/L), and lactose (0.91 g/L). The results also demonstrated that various aromatic volatile compounds were produced during the fermentation of EA-whey, which may increase the organoleptic characteristic/sensory quality of the fermented products. Nevertheless, K. marxianus also demonstrated a satisfactory biomass growth in all substrates used and EA-whey achieved a maximum biomass (4.23 g/L) at 96 h of fermentation followed by YM broth (4.85 g/L). The produced biomass had high protein and lipid content (24.43-57.83, and 15.44-25.64%) depending on the used substrates and fermentation conditions. Several major organic acids including lactic, acetic, citric, propionic acids were produced during the fermentation on all media, with significant differences between electro-activated and non-electro-activated substrates. Furthermore, K. marxianus produced various volatile aroma compounds with valued organoleptic properties. The YM-broth resulted in the lowest ethanol production (8.42 g/L at 48 h) while the highest ethanol was produced in the non-electro-activated whey (28.13 g/L at 48 h), followed by lactose (27.85 g/L at 48 h), EA-lactose (26.77 g/L at 36 h), WP (25.99 at 72 h), EA-WP (24.66 g/L at 36 h), EA-Whey (22.06 g/L at 48 h). Moreover, a maximum of 393.85 to 988.22 mg/L of 2-phenylethanol was achieved, depending on the substrates used. Therefore, the results of this work suggest that the EA technology can be an emergent sustainable technology for achieving dual objectives of prebiotic lactulose production and concurrent valorization of whey and its derivatives in Kefir culture and K. marxianus driven bioprocesses to produce valuable metabolites for different applications including in food and feed industry. Thus, this knowledge is not only helpful to reduce the production cost of dairy industries, but also provide an eco-friendly alternative for the disposal of whey/WP as a part of integrated approach for complete valorization.

Dans ce projet, la bactérie du rumen des bovins Actinobacillus succinogenes souche 130Z est utilisée pour fermenter le lactose et le lactosérum pour en produire de l'acide succinique qui a des larges applications industrielles. Le but de ce travail est de déterminer les conditions optimales de fermentation afin de produire l'acide succinique à des grandes concentrations et avec des bonnes valeurs de rendement et de productivité. Les paramètres à optimiser en mode de fermentation batch sont les concentrations initiales du lactose (25, 50 et 75 g/1) et d'extrait de levure (7,5, 10 g/1), et le taux de C02 (0.16, 0.32 et 0.80 vvm) injecté dans le milieu de fermentation. Par la suite, produire l'acide succinique dans ces conditions optimales en mode fed batch à partir du lactose et du lactosérum. En mode de fermentation batch, les résultats obtenus montrent que les concentrations optimales d'extrait de levure et du lactose sont respectivement 7.5 et 25 g/1 et le taux de COT le plus adéquat pour la production de l'acide succinique est 0.32 wm. Tout d'abord, il n'y a pas de différences pour les deux concentrations de levure étudiées. En ce qui concerne la concentration initiale du lactose, et pour les différents taux de CO2 étudiés, les valeurs de rendement et de productivité obtenues pour une concentration initiale du lactose égale à 25 g/1 sont supérieures à celles de 50 et 75 g/1. En effet, des concentrations initiales de lactose supérieures à 25 g/1 exercent une inhibition sur la croissance bactérienne et par conséquent la consommation du lactose et la production de l'acide succinique. La concentration maximale d'acide succinique obtenue à partir de 25 g/1 du lactose, 7.5 g/1 d'extrait de levure et 0.32 vvm de CO2 est égale à 18.7 g/1, les valeurs de rendement et de productivité sont respectivement 76% et 1.52 g/l/h. Dans les mêmes conditions que la fermentation du lactose, la fermentation batch du lactosérum (concentration initiale 33.5 g/1) a donné 13.86 g/1 d'acide succinique, un rendement de 61% et une productivité de 0,97 g/l/h. Les valeurs des rapports massiques AS/AA et AS/AF (2.43 et 3.96 respectivement) obtenus au cours de la fermentation batch du lactosérum sont inférieurs à ceux obtenus dans le cas du lactose (8.47 et 14.6 respectivement). Ceci montre que la fermentation du lactosérum favorise le développement de la biomasse, et la production des sous-produits acides de la fermentation (acides acétique et formique) par rapport à la fermentation du lactose. Les résultats de la fermentation fed batch du lactose et du lactosérum montrent que l'acide succinique a pu être produit à des grandes concentrations (environ 55 et 50.5 g/1 respectivement) comparativement à la fermentation batch. Dans le cas du lactosérum, la fermentation fed batch a permis une augmentation de rendement et de la productivité (67% et 1.28 g/l/h à 24h). Mais dans le cas du lactose, les valeurs de rendement et de la productivité sont similaires à celle de la fermentation batch (70% et 1.52g/l/h à 24h). Comme dans le cas de la fermentation batch, plus de biomasse et de sous-produits de fermentation sont produits en fermentation fed batch du lactosérum par rapport à ceux du lactose. Les différents acides organiques (acide succinique, acétique et formique) testés seuls ou en combinaison exercent une inhibition de la croissance bactérienne contre les deux souches E. coli et L. ivanovii. À faible concentration C4 (1.1, 0.8 et 0.35 mg/ml d'acide succinique, acétique et formique respectivement), le mélange (AS+AA+AF) a permis d'inhiber efficacement la croissance bactérienne par rapport aux associations deux à deux (AS+AA, AS+AF et AA+AF). Le mélange d'acides a permis 73 et 92 % d'inhibition à 12h pour E. coli et L. ivanovii respectivement. Ceci permet de conclure qu'il ya un effet synergique entre les trois acides organiques testés.

L’induction de la tolérance orale est une des stratégies intéressantes pour prévenir les allergies alimentaires chez les enfants classés à risque. D’autre part, la composition de la microflore intestinale des enfants est un facteur important pour le développement de la tolérance. L’effet des bactéries probiotiques sur la tolérance orale a été très peu étudié et leurs mécanismes d’action sont mal documentés. Nous avons comparé l’effet de trois souches probiotiques sur l’induction et le maintien de la tolérance orale à la β-lactoglobuline chez la souris. Il a été observé que l’effet des probiotiques dépend de la souche utilisée et que la tolérance orale est bien induite et maintenue, aux niveaux humoral et cellulaire, en présence de Lactobacillus paracasei NCC2461. Les mécanismes d’action des probiotiques semblent être reliés à leur activité métabolique puisque des peptides issus de la β-lactoglobuline bovine, et libérés par L. paracasei ou Bifidobacterium lactis NCC362, modulent la réponse immune. Par contre, la stimulation de la voie de la cyclooxygénase-2 par les probiotiques n’a pas été observée, alors que l’implication de cette enzyme dans les mécanismes de la tolérance orale a clairement été démontrée. / Inducing oral tolerance to commonly allergenic food proteins is seen as a promising means to prevent food allergy in newborn population diagnosed as at risk of allergy. The intestinal microbiota has been shown to play a key role in oral tolerance development. Recently, a great interest has been focused on probiotic bacteria for their purported beneficial effects on human health but their effects on oral tolerance induction have been poorly investigated. The effect of three probiotic strains (Lactobacillus paracasei NCC2461, Lactobacillus johnsonii NCC533 and Bifidobacterium lactis NCC362) has been investigated and oral tolerance to bovine β-lactoglobulin (BLG) has been better induced and maintained in mice mono-colonized with L. paracasei. B. lactis and L. paracasei might induce oral tolerance through the hydrolysis of BLG and releasing of peptides with modified immunological properties. L. paracasei enzymes mainly hydrolyze acidic BLG-derived peptides and release smaller ones, which suppress splenocyte proliferation, down-regulate IFN-γ and IL-4 production and up-regulate IL-10 secretion. In contrast, hydrolysis of acidic BLG-derived peptides by B. lactis enzymes releases peptides, which stimulate splenocyte proliferation, IFN-γ and IL-10 production and down-regulate IL-4. Moreover, the residual allergenicity of released peptides is significantly reduced after B. lactis hydrolysis. These results suggest that L. paracasei and B. lactis might promote oral tolerance by activating different cellular mechanisms: L. paracasei stimulating the active suppression pathway, whereas B. lactis stimulating T helper type 1 lymphocytes downregulating T helper type 2 lymphocytes, implicated in allergy. On the other side, neither L. paracasei nor B. lactis was shown to stimulate the cyclooxygenase-2 pathway while its implication in oral tolerance induction has been clearly demonstrated.

L'objectif de la présente thèse était de développer un nouveau procédé en vue de valoriser intégralement le perméat de lactosérum (WP) qui a un impact négatif important sur l'environnement en raison de sa forte demande biochimique et chimique en oxygène (DBO et DCO). Pour cela, le WP a été valorisé par isomérisation in situ de son lactose en lactulose prébiotique en utilisant la technologie d'électro-activation (EA) comme une nouvelle approche sans aucun prétraitement et/ou fractionnement en amont et en aval. Premièrement, les meilleures conditions d'isomérisation du lactose en lactulose en utilisant le WP comme source de lactose bon marché ont été déterminées. L'effet de l'intensité du courant électrique et du sel (CaCl2, KCl et MgCl2) sur la conversion du lactose en lactulose en utilisant des solutions de WP (6%, P/V) et de lactose pur (5%, P/V) ont été étudié. Le lactose a été converti en lactulose à un taux de 35,1% lorsque le KCl, une intensité de courant de 330 mA pendant 21 min d'EA ont été appliqués au WP; et 38,66% lorsque le KCl, une intensité de courant de 330 mA pendant 14 minutes ont été appliqué à une solution de lactose. L'utilisation de WP dans les compartiments central et cathodique sans addition de sel a donné un rendement de 39,78% de lactulose après 35 min d'EA à 330 mA. La microscopie électronique à balayage et le calcul de la résistance électrique globale du réacteur n'ont révélé aucun encrassement de la membrane. Deuxièmement, les solutions électro-activées cathodiques obtenues avec un rendement élevé en lactulose et les produits de réaction de Maillard induits (MRP) ont été soumis au séchage à trois températures (160, 180 et 200 °C) et leur activité antioxydante (AA) a été évaluée. Pour ce faire, l’AA a été évaluée par l'AA au DPPH, le pouvoir réducteur, le test au radical ABTS•+ et l’effet chélateur du fer. L'effet de la température de séchage sur l'AA du perméat de lactosérum électro-activé (EAWP) a également été évalué. Les données obtenues démontrent que l'EA améliore significativement l'AA du WP et que cette AA est principalement due aux MRP intermédiaires, comme le montre l'absorbance la plus élevée à 294 nm. De plus, les résultats ont montré que la température de séchage influençait significativement l'AA de l'EAWP. Enfin, l’effet de la concentration de poudre EAWP (EAWPP) obtenue (0%, 2%, 4% et 6%, P/P) sur l’oxydation des lipides et la stabilité de la couleur du bœuf haché stocké à 4 °C pendant 17 jours a été étudié. L'oxydation lipidique et l'apparence du bœuf haché ont été évaluées par la mesure des produits d'oxydation primaires (indice d'acide (AV) et de peroxyde (PV)) et secondaires (substances réactives à l'acide thiobarbutirique, TBARS), ainsi que par la mesure de la couleur dans le système CIELAB après 1, 2, 3, 10 et 17 jours. Les résultats démontrent que l'EAWPP agit comme un antioxydant efficace sur les lipides de la viande. Les analyses de l’AV, de PV et de TBARS démontrent que la viande de bœuf hachée réfrigérée additionnée de la poudre EAWPP inhibait l'oxydation des lipides par rapport au témoin. Ces résultats ont été également confirmés par l'analyse des acides gras de la fraction lipidique. De plus, la stabilité de la couleur a été sauvegardée lorsque la poudre EAWPP a été ajoutée. En conclusion, le procédé proposé peut, d’une part, résoudre le problème environnemental du WP en le transformant d’un sous-produit polluant en un ingrédient à haute valeur ajoutée ayant des propriétés prébiotiques et antioxydantes et, d’autre part, une alternative possible la synthèse chimique du lactulose réduisant ainsi son impact négatif sur l'environnement. / The aim of the present thesis was the development of a new process in view to the integral valorization of whey permeate (WP) which have a serious negative environmental impact due to it high biochemical and chemical oxygen demand (BOD, CDO) (COD). For this, WP was valorized through in situ isomerisation of it lactose into the prebiotic lactulose using electro-activation technology as a new approach without any upstream and/or downstream fractionation. Firstly, the best conditions of the isomerisation of lactose into lactulose using WP as a cheap lactose source were determined. The effect of electric current intensity and salt (CaCl2, KCl and MgCl2) on the amount of lactose conversion into lactulose by using WP (6 %, wt) and pure lactose (5 %, wt) solutions was studied. Lactose was converted into lactulose at a level of 35.1% when KCl, current intensity of 330 mA during 21 min of electro-activation were applied to WP; and 38.66% when KCl, current intensity of 330 mA during 14 min were applied to lactose solution. The use of WP in both the central and cathodic compartments without addition of salt yielded 39.78% lactulose after 35 min of electro-activation at 330 mA. Scanning electron microscopy and calculation of the global electrical resistance of the reactor did not reveal any membrane fouling. Secondly, the cathodic electro-activated solutions obtained with a high lactulose yield and induced Maillard reaction products (MRPs) were submitted to spray drying at three temperatures (160, 180 and 200 °C) and their antioxidant activity (AA) was evaluated. For this purpose, the AA was evaluated by the DPPH scavenging activity, reducing power, ABTS•+ Radical scavenging assay and iron chelating capacity. The effect of the drying temperature on the AA of the EAWP was also evaluated. The obtained data demonstrated that electro-activation significantly (P < 0.001) enhanced the AA of WP and that this AA was mainly due to the intermediate MRPs, as shown by the highest absorbance at 294 nm. Moreover, the results showed that the drying temperature significantly influenced the AA of EAWP. Finally, the effect of the obtained EAWP powder (EAWPP) concentration (0%, 2%, 4% and 6%, wt/wt) on lipid oxidation and color stability of chilled minced beef stored at 4°C for 17 days was investigated. The minced beef lipid oxidation and appearance were evaluated through measurement of primary (acid value (AV) and peroxide values (PV)) and secondary oxidation products (thiobarbutiric acid reactive substances, TBARS), together with measurement of color in the CIELAB system at 0, 1, 2, 3, 10 and 17 days. Results demonstrate that the EAWPP act as an effective antioxidant on lipid meat. The AV, PV and TBARS analysis demonstrate that the chilled minced beef added with the EAWPP inhibited the lipid oxidation compared to the control. This finding was also confirmed by the fatty acid analysis of the lipid fraction. In addition, the color stability was saved when EAWPP was added. In conclusion, the proposed process can, on one hand, solve the environmental problem of WP by transforming it from a pollutant by product into a high value added ingredient having prebiotic and antioxidant properties and, on the other hand, it constitutes a possible alternative to the chemical synthesis of lactulose thus reducing its negative environmental impact.