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

Des observations préliminaires ont montré que l’auto-assemblage d’un peptide issu de l’hydrolyse trypsique de la β-lactoglobuline (β-lg f1-8) modifiait la composition de mélanges de protéines de lactosérum, particulièrement en α-lactalbumine (α-la) soluble. Le but du présent travail était de démontrer l’occurrence d’interactions entre le peptide β-lg f1-8 et l’α-la. L’étude de l’auto-assemblage du peptide β-lg f1-8 en présence d’α-la à 25 et 55 °C a permis d’observer que l’ajout d’α-la à un hydrolysat trypsique permettait de retarder la floculation du peptide à 55 °C. La mise en contact d’α-la avec le peptide β-lg f1-8 a permis de modifier le profil de solubilité de la protéine à différents pH, mais pas son profil de dénaturation thermique obtenu par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Ces observations suggèrent que le peptide β-lg f1-8 interagit avec l’α-la par le biais d’interactions hydrophobes et qu’il pourrait être utilisé dans le développement de nouvelles stratégies de fractionnement de mélanges protéiques. / Preliminary observations showed that the self-assembly capacity of a β-lactoglobulin peptide obtained from trypsin hydrolysis (β-lg f1-8) could modify the composition of whey protein mixtures, mainly by reducing the amount of soluble α-lactalbumin (α-la). The goal of this study was to demonstrate the occurrence of interactions between β-lg f1-8 peptide and α-la. A study of the peptide self-assembly process in presence of α-la at 25 and 55 °C showed that the addition of α-la to the original tryptic hydrolysate delays the flocculation of peptide β-lg f1-8 at 55 °C. Adding β-lg f1-8 peptide to α-la modified the solubility profile of the protein at various pH, but its thermal unfolding profile obtained by differential scanning calorimetry (DSC) remained unchanged. All of these observations suggest that the peptide β-lg f1-8 can interact with the α-la via hydrophobic interactions and could be used for developing new strategies for the fractionation of protein mixtures.

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.

La croissance de la population mondiale et l'évolution des habitudes alimentaires dans tous les pays vers une plus grande consommation d'aliments à base de protéines augmentent les préoccupations à l'échelle planétaire en ce qui concerne le risque de pénurie de protéines. Ceci est à son tour un facteur qui encourage la nécessité de mener des recherches approfondies et structurées pour trouver de nouvelles sources de protéines durables et de mieux valoriser les protéines existantes. Cependant, certaines protéines, notamment de source végétale, sont caractérisées par de médiocres propriétés fonctionnelles et ne permettent pas d'obtenir les aspects techno-fonctionnels souhaités dans les systèmes alimentaires. Afin de remédier à cet inconvénient, l'application de traitements alcalins pour modifier ces protéines et les transformer en ingrédients fonctionnels suscite un grand intérêt depuis quelques années. Ainsi, le présent projet a été réalisé dans un objectif d'utiliser la technologie d'électro-activation en solution comme traitement innovant, original et efficace pour une valorisation intégrale des ingrédients du lactosérum. En effet, le lactosérum en tant que co-produit de la production fromagère contient des composants de haute valeur nutritionnelle et technologique, notamment les protéines, mais aussi le lactose qui peut être utilisé pour produire des sucres à haute valeur ajoutée comme le lactulose qui est un prébiotique reconnu. La première étape de ce travail visait à déterminer l'impact du traitement d'électro-activation alcaline (EA) sur les propriétés physico-chimiques et fonctionnelles du lactosérum doux. L'impact de l'EA alcaline sur la solubilité des protéines, le moussage et les caractéristiques émulsifiantes du lactosérum a été également étudié. Le procédé de l'EA a amélioré la solubilité des protéines dans la plage de pH de 4,0 à 7,0. Contrairement aux échantillons de lactosérum non traités, qui formaient des émulsions micrométriques et instables à pH 3, les échantillons de lactosérum EA produisaient des émulsions nanométriques et stables à ce pH. De plus, bien que le lactosérum non traité et le lactosérum EA produisaient des émulsions stables à pH 7, les émulsions préparées avec le lactosérum EA avaient des tailles de particules plus petites et étaient plus stables contre la floculation des gouttelettes. Le lactosérum traité à l'EA avait tendance à générer des mousses avec un foisonnement et une stabilité significativement plus élevée. La présente étude a démontré que l'EA pouvait améliorer la fonctionnalité du lactosérum doux. Les protéines végétales sont de plus en plus populaires en raison de leurs bienfaits pour la santé et de leur durabilité. Cependant, comparativement aux protéines animales, les protéines végétales comme celles de canola ont une faible solubilité et des propriétés techno-fonctionnelles qui doivent être améliorées, ce qui les rend inefficaces en tant qu'ingrédients dans la formulation de différents aliments. Ainsi, dans le cadre du présent projet, le deuxième volet consistait à mener des études pour produire des protéines de canola solubles et fonctionnelles par complexation avec des protéines de lactosérum en utilisant la technologie d'électro-activation (AE) en solution. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que la présence de lactosérum lors du traitement alcalin par EA de la solution de protéines de canola provoquait des interactions structurelles entre les protéines du lactosérum et les protéines de canola, conduisant au développement de nouveaux complexes de protéines qui sont caractérisés par un haut degré de solubilité et des propriétés émulsifiantes et gélifiantes nettement plus élevées que l'échantillon de canola non traité ou celui ayant subi un traitement par EA. En plus, par rapport aux protéines de canola non traitées qui présentaient une solubilité des protéines inférieure à 25 %, une faible capacité moussante, ainsi qu'une faible capacité d'émulsification et de gélification, les mélanges de canola/lactosérum traités par l'EA ont montré une solubilité des protéines d'environ 100 %, une capacité moussante de 300 %, une capacité de former des émulsions stables pendant 30 jours. Le troisième volet de ce projet a permis de démontrer que le traitement par électro-activation cathodique du lactosérum et des protéines de canola a permis de former un complexe qui est caractérisé par un fort pouvoir de gélification, ce qui constitue une contribution significative à l'amélioration du potentiel d'une co-utilisation des protéines de canola et du lactosérum pour la formulation d'aliments de type gel. Finalement, ce projet a apporté une contribution significative à l'avancement des connaissances sur le potentiel d'utilisation de la technologie d'électro-activation en solution pour la modification alcaline des protéines de lactosérum et du canola en vue d'améliorer leurs propriétés techno-fonctionnelles et de les utiliser comme ingrédients dans la formulation des aliments. En plus, il a été démontré que les traitements alcalins par électro-activation en solution peuvent être utilisés comme méthodes d'alcalinisation sans produits chimiques pour améliorer la solubilité et les propriétés fonctionnelles des protéines de canola et de leur mélange avec le lactosérum. / The growth of the world population (over 30% of the existing 7.5 billion people estimated by 2050) and shifts in global eating patterns towards higher consumption of protein-based foods increase worldwide concerns on protein shortage and encourage extensive research to find new sustainable protein sources, which encourages research to recover protein from sustainable sources and valorization of existing protein sources. However, some proteins show poor functionalities in food systems and fail to provide expected functionality in food systems. The application of alkaline treatments to modify these proteins to convert them into functional ingredients has aroused great interest in recent years. The purpose of this study was to explore the electro-activation technology as an innovative alkalinity method to characteristically valorize whey components. Whey as a by-product of cheese and casein manufacturing contains several valuable components, which have demonstrated promising biological and functional properties. The first step of this work aimed to determine the impact of alkaline electro-activation (EA) treatment on physicochemical and functional properties of sweet whey. The impact of alkaline EA on the protein solubility, foaming, and emulsifying characteristics of whey was investigated. The EA process improved the protein solubility at the pH range of 4.0-7.0. In contrast to untreated whey samples, which formed micron-sized and unstable emulsions at pH 3, EA-whey produced nano-sized and stable emulsions at this pH. EA-treated whey tended to generate foams with significantly higher over run and stability. This study demonstrated that EA could enhance the protein solubility of functionality of sweet whey. Further studies were carried out to produce highly soluble and functional canola proteins through pH shifting-driven complexation with whey proteins by chemical-free alkaline electro-activation. Plant proteins are becoming more popular due to their health benefits and sustainability. Compared to animal proteins, canola proteins have poor solubility and functionality, which make them in effective in food formulation. In the second part of the study, whey protein and canola protein were grafted together to create soluble protein composite with superior functionality. Sweet whey was used as a low-price source of animal protein to modify the canola proteins. It was found that the alkaline EA treatment was very effective in functionality improvement of both canola protein alone solution and their mixtures. Further more, the results suggested the presence of whey during the alkaline EA treatment of canola protein solution caused the structural alteration of canola proteins, and formation of protein particles with smaller size and higher surface charge. It resulted in the creation of novel composites proteins with superior solubility and emulsifying properties compared to the EA-treated canola alone sample. This enhanced solubility and emulsifying properties was concluded to be a result of lactose grating on the protein backbone of canola proteins. The overrun of canola protein alone solution increase from 100% to more than 500% after EA-treatment. However, the presence of whey in the EA-treated whey/canola protein solution slightly decreased the foam over run of the sample compared to EA-treated canola alone sample, possibly due to grafting lactose onto the surface of the proteins, resulting in a lower protein surface hydrophobicity. This study showed that the alkaline EA treatment was an effective process to enhance the solubility and functionality of canola proteins and their mixture with whey. In third part of the study, the consequences of alkaline electro-activation (EA) treatment on the flow behavior and gelling properties of canola protein and the mixture of sweet whey/canola protein. Canola protein alone (C) and whey/canola protein mixed suspensions (CW) were treated in an alkalizing electro-activation reactor and then naturalized to neutral pH. The alkaline EA treatment resulted in the production of small aggregates crosslinked by disulfide and covalent bonds. The gelation experiments showed that the EA-treated canola protein and whey/canola protein samples had a superior capacity to develop an integrated gel structure with higher mechanical and rheological properties and improved water holding capacity compared to the untreated samples. Characterization of interactions involved in the gel network structure suggested that the strong covalent interactions played a prominent role in the network of these EA-treated samples. The SDS-PAGE pattern of the gels made from EA-treated canola protein and whey/canola protein samples confirmed the presence of intensive protein polymerization through covalent crosslinking in these gels. The results of this part of the study suggest that the alkaline EA treatment is an effective tool for improving the gelation properties of canola proteins and producing whey/canola protein composite gels with improved functionality. Taken together, the current study showed that alkaline EA treatments can be used as chemical-free alkalinization methods to enhance the solubility, emulsifying and foaming properties, and gelation capacity, sweat whey, canola protein, and the mixture whey and canola protein.

Le lactosérum, co-produit de la transformation fromagère, peut être valorisé en concentrant ses protéines par ultrafiltration (UF). Le principal inconvénient de l’UF est le colmatage des membranes, notamment par les protéines et le phosphate de calcium, qui entraîne une réduction des performances du procédé. Depuis quelques années, il est reconnu que les membranes peuvent être colmatées par des cellules bactériennes et des biofilms lors de l’UF du lactosérum. De nombreux auteurs ont souligné la présence de biofilms sur les membranes et investigué différents paramètres régissant la diversité bactérienne de ces biofilms. Toutefois, aucune étude n’a encore démontré l’impact concret du colmatage bactérien sur les performances de l’UF du lactosérum. L’objectif général de cette étude était donc de quantifier les baisses de performance causées par le dépôt de cellules bactériennes et la formation de biofilms lors du l’UF du lactosérum. Le premier objectif a démontré que le dépôt de cellules bactériennes pouvait exacerber les baisses de flux causées par le colmatage des protéines sériques en UF frontale, alors qu’il avait peu d’effet sur le colmatage minéral. Une neutralisation partielle des charges électrostatiques entre les bactéries et les protéines réduirait les répulsions et entraînerait la formation d’un gâteau de particules plus compact sur la membrane. Les résultats du deuxième objectif ont permis de confirmer, en UF tangentielle de lactosérum doux, que le colmatage bactérien provenant de la microflore intrinsèque du système de filtration pouvait diminuer les flux de perméation après 18 h de filtration. Le colmatage bactérien a augmenté la résistance hydraulique des membranes, permettant le calcul de résistances spécifiques au colmatage bactérien (Rbio) qui représentaient de 31 à 44% de la résistance totale de la couche de colmatage. Ces résultats démontrent que le colmatage bactérien peut influencer négativement les performances de l’UF du lactosérum et soulignent l’importance de développer des solutions pour mitiger ce colmatage. / Whey, the main co-product of cheese manufacturing, can be valorized through protein concentration by ultrafiltration (UF). The main drawback of UF is fouling, mainly by protein and calcium phosphate, which lowers the process performance. It has recently been acknowledged that membranes can also be fouled by bacterial cells and biofilms during whey UF. Numerous authors have demonstrated the presence of biofilms on membranes and investigated many parameters that can modulate the bacterial diversity of these biofilms. However, the impact of biofouling on the performance of whey UF is still unknown. The general objective of this study was therefore to quantify the loss of performance caused by bacterial cell deposition and biofilm formation during whey UF. The first objective demonstrated that bacterial cell deposition could increase the flux drop caused by whey protein fouling during dead-end UF, while it had minor effects on mineral fouling. Partial neutralization of bacterial cells and protein electrostatic charges may have reduced repulsions led to the formation of a more compact cake. The results of the second objective confirmed, during crossflow UF of sweet whey, that biofouling from the intrinsic microflora of the filtration system could lower permeation fluxes after 18 h of filtration. Biofouling also increased membrane hydraulic resistances, allowing the calculation of biofouling-specific resistances (Rbio), which accounted for 31 to 44% of the total fouling layer resistances. These results demonstrate that biofouling can negatively affect the performance of whey processing by UF and highlight the need for solutions to mitigate biofouling.

Les protéines du lactosérum bovin ont des effets bénéfiques pour la santé et dans diverses pathologies. Des études indiquent un potentiel immunomodulateur de ces protéines sur les cellules immunitaires notamment les lymphocytes et les macrophages. L'immunité innée joue un rôle essentiel dans la défense anti-microbienne. Les neutrophiles, cellules-clé de l'immunité innée, sont les premières cellules qui entrent en contact avec les pathogènes pour les éliminer par la suite. Néanmoins, les effets des protéines du lactosérum bovin sur les neutrophiles restent peu élucidés. Nous nous sommes intéressés aux effets et aux mécanismes d'action d'un extrait du lactosérum bovin (WPE) sur les neutrophiles humains. Les effets du WPE ont été également étudiés in vivo chez l'animal, dans la colite provoquée par le TNBS. Nous avons mis en évidence que le WPE est un véritable agent de prédisposition pour les neutrophiles et qu'il augmente leurs fonctions primaires (production d'anions superoxyde, dégranulation, phagocytose, chimiotaxie) en réponse à une stimulation subséquente. Le WPE possède également des effets directs retardés sur les neutrophiles en stimulant la synthèse sélective de cytokines (IL-1β, IL-IRa, TNF-α, IL-6) et de chimiokines (IL-8, MIP-lα, MIP-1β). La quantité d'IL-IRa stimulée par le WPE est suffisante pour bloquer 60% de l'activité biologique de l'IL-1β. Les mécanismes par lesquels le WPE ou ses composants actifs (β-LG, α-LA) prédisposent et augmentent la production des médiateurs impliquent la translocation à la membrane plasmique de la sous-unité p47PHOX de l'oxydase à NADPH et l'activation des voies p38- et ERK1/ERK2- MAPK et NF-kB. Par ailleurs, β-LG agit sur les neutrophiles via un récepteur couplé aux protéines Gαi, par lequel elle provoque la mobilisation du Ca2+ intracellulaire. In vivo, le WPE diminue l'inflammation provoquée par le TNBS, les doses efficaces variant entre 8 et 240 mg/kg/j. Les résultats de ces travaux ont permis de mieux comprendre les effets et le mécanisme d'action des protéines du lactosérum bovin sur le système immunitaire innée, en particulier sur les neutrophiles. A plus long terme la mise en evidence d'un récepteur pour la β-LG, pourrait constituer une cible thérapeutique potentielle pour améliorer la capacité de défense de l'organisme.

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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 babeurre, sous-produit de fabrication du beurre, est riche en composés mineurs associés à la membrane du globule de gras (MFGM). Ces composés possèdent d'excellentes propriétés fonctionnelles et certaines propriétés biologiques uniques. Le but de ce projet était de développer une approche de séparation des composés de MFGM par microfiltration. Plusieurs conditions de filtration (température, diamètre de pores, type de babeurre) on été étudiées. Les résultats on démontré que la présence de micelles de caséines dans le babeurre nuisait à la séparation de la MFGM en raison des tailles comparables des composés. Des différences de comportement en MF du babeurre ayant subi des traitements de séchage par rapport au babeurre frais on été notées mais une étude de la microstructure du babeurre en fonction des étapes du procédé industriel n'a permis de dévoiler que des changements compositionnels subtils et non structurels de la MFGM. L'utilisation d'un babeurre dérivé d'une crème de lactosérum dépourvue de caséine a permis d'améliorer la séparation de la MFGM. Enfin une approche de lavage de la crème avant le barattage a permis une concentration efficace des composés de la MFGM par microfiltration et ce en plus de générer des flux de perméation 2 fois plus élevés que dans les procédés étudiés auparavant. Les procédés étudiés dans ce projet ont permis de mieux comprendre la séparation des composés de la MFGM à partir de babeurre et de produire des fractions pouvant potentiellement être exploitées pour leur propriétés fonctionnelles et nutraceutiques. / Buttermilk is the by product from churning of cream to make butter. This by product is rich in minor components associated with the milkfat globule membrane (MFGM). MFGM components demonstrate excellent functional properties as well as some significant biological properties. The goal of this project was to develop an approach for the separation of MFGM material from buttermilk by microfiltration. Various filtration parameters (temperature, pore size, buttermilk type) were studied. Results showed that the presence of casein micelles in buttermilk was detrimental to the separation of MFGM because of the similitude of both components sizes. However, differences in the behavior of buttermilk during MF were noted with the use of reconstituted buttermilk as opposed to fresh buttermilk. A study of the composition and microstructure of buttermilk after each step of buttermilk powder processing revealed subtle changes in buttermilk composition but it was impossible to correlate those changes with a modification of buttermilk microstructure. The use of a buttermilk derived from churning of whey cream deprived in caseins, allowed for an improvement of the separation of MFGM. Finally an approach of cream washing prior to churning was shown to be efficient to remove caseins from the buttermilk and therefore improve separation of MFGM. Permeation fluxes were also increased by 2 folds while using washed cream buttermilk as opposed to normal cream buttermilk. The processes studied in this project allowed for a better understanding of MFGM separation in buttermilk and the creation of fractions with potential functional and nutraceutical properties.

L'incompatibilité thermodynamique des isolats de protéines lactosérum (IPL) et de Kcarraghénane (K-car) a été largement étudiée dans des conditions statiques. Toutefois, l'effet de cisaillement sur la séparation de phases de type segrégative necessite encore plus d'investigation. Dans cette thèse l'étude des mélanges des IPL et de K-car sous cisaillement a été étudiée par diverses techniques chimiques et physiques à pH 7.0. Tout d'abord, la séparation de phases des Inélanges IPL/K-car a été étudiée par la théorie de Vrij et la méthode de l'analyse d'image. Des agrégats sphériques d 'IPL dans une phase continue de K-car ont été démontrés par MCBL. L'épaisseur de la couche de déplétion a été calculée. Ensuite, le diagramme de phases du système modèle choisî (IPL/K-car) a été étudié au repos et sous cisaillement. La détennination expérimentale de la binodale est une bonne approximation de celle déterminée par la théorique de, Vrij. Le processus de cisaillement déplace la binodale vers les faibles concentrations d 'IPL. La gélification thennique de différents systèmes mixtes de IPL/K-car a été étudiée. En effet, l'augmentation de la concentration de K-car augmente la fermeté des gels. Par MCBL des gels opaques et blanchâtres ont été observés, indiquant l'agrégation protéique. Ensuite, une vitesse de cisaillement a été appliquée durant un traitement thennique à des systèmes contenant 5%IPL et différentes concentrations de K-car. Par la suite, un balayage de vitesse de cisaillement a été fait à 80°C pour chaque systèlne. L'ajustement des courbes d'écoulement par le modèle de Cross montre une augmentation de la viscosité Newtonienne au plateau initial des systèmes mixtes cisaillés vs non cisaillés. Par la suite, différentes vitesses de cis~illement ont été appliquées durant le traitement thennique pour un même Inélange. Puis, ces systèmes ont été suivis par des mesures en régime harmonique et en régime transitoire. Ces résultats confirment que le cisaillement favorise 'l' agrégation des protéines dénaturées. Enfin, nous avons caractérisé les agrégats solubles dans la phase supérieure d'un système mixte de 5%IPL/O.5%K-car soulnis à différentes vitesses de cisaillement. Par exclusion moléculaire, on a observé que les agrégats solubles sont nettement influencés par la vitesse de cisaillement. En conclusion, le cisaillement des systèmes mixtes en condition de séparation de phases, pennet de contrôler la taille des microgels fonnés. Pour compléter les travaux réalisés dans cette thèse, il serait très intéressant de vérifier si la binodale et la microstructure des mélanges varient en fonction d' autres paramètres intrinsèques et extrinsèques au système.