Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 75-88. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L'électro-activation (EA) est une approche novatrice qui permet l'isomérisation du lactose en lactulose directement in situ du lactosérum. Cependant, le lactosérum électro-activé (LA-EA) possède un pH hautement alcalin. Alors, l'objectif de ce travail est de contribuer au développement d'un procédé électrolytique pour la neutralisation du LA-EA. La détermination de l'effet des paramètres opératoires et physico-chimiques du milieu électro-activé sur la formation du lactulose a montré qu'un rendement maximum en lactulose de 34,71% est obtenu en utilisant une solution de lactosérum d'une concentration de 7% et 60 min de temps d'électro-activation sous une intensité du courant de 1000 mA après un temps de relaxation de 48 h. Trois configurations électrolytiques ont été étudiées pour la neutralisation de la solution du lactosérum: (1) en neutralisant avec l'anolyte généré dans le compartiment anodique; (2) en inversant les deux électrodes (cathode et anode) et (3) en introduisant le LA-EA dans le compartiment central du réacteur. Les résultats ont montré la faisabilité du processus d'électro-neutralisation. En effet, le pH de la solution a diminué soit en ajoutant des ions H⁺ (cas des configurations 1 et 2), ou en éliminant les ions OH⁻ de la solution (cas de la configuration 3). De plus, il a été révélé que l'électro-neutralisation est ralentie lorsque (I) augmente pour les deux configurations 1 et 2, tandis que pour la configuration 3, elle est accélérée. Les résultats de l'évaluation de l'effet de ce processus sur les propriétés du LA-EA ont montré que la neutralisation de la solution après un temps de relaxation de 48 h n'a pas affecté la composition glucidique du LA-EA, notamment le lactulose. De plus, elle a permis d'améliorer les propriétés techno-fonctionnelles des poudres résultantes en particulier en termes de reconstitution instantanée. / Electro activation (EA) is a novel approach that allows the isomerization of lactose to lactulose in situ from whey. However, electro-activated whey (LA-EA) has a highly alkaline pH. Therefore, the objective of this work is to contribute to the development of an electrolytic process for the neutralization of LA-EA. The determination of the effect of physico-chemical parameters on the formation of lactulose showed that the maximum lactulose yield (34.71%) is obtained for a feed concentration of 7% at 60 min of electro-activation, under a current intensity of 1000 mA after a relaxation time of 48 h. Three electrolytic configurations were studied for neutralization of the whey solution: (1) neutralizing with the anolyte generated at the anode compartment; (2) reversing the two electrodes (cathode and anode) and (3) introducing LA-EA into the central compartment of the reactor. The results showed the feasibility of the electro-neutralization process. Indeed, the pH of the solution decreased either by adding H⁺ ions (case of configurations 1 and 2), or by removing OH⁻ ions from the solution (case of configuration 3). Furthermore, it was revealed that electro-neutralization is slowed down when (I) increases for both configurations 1 and 2, while for configuration 3, it is accelerated. The results of the evaluation of the effect of this process on the properties of LA-EA showed that the neutralization of the solution after a relaxation time of 48 h did not affect the carbohydrate composition of LA-EA, especially lactulose. Moreover, it improved the techno-functional properties of the resulting powder in particular in terms of instant reconstitution.

L'industrie laitière représente le deuxième secteur alimentaire par le volume de sa production au Québec. Son développement s'explique par la croissance des besoins en matières grasses laitières, notamment en produits transformés tels que le fromage. En production fromagère, la concentration du lait par ultrafiltration (UF) entraîne le rejet d'importants volumes de perméat de lait contenant du lactose et des sels; lui conférant un fort impact environnemental. Pour produire 1 kilogramme de fromage, 9 litres de lactosérum sont rejetés. Il contient des protéines, du lactose et des sels. Les protéines sont valorisées sous forme de concentrés par UF; ce qui génère de larges volumes de perméat de lactosérum. Les résidus organiques de la transformation laitière sont de 264 972 tonnes/an au Québec. Le lactose des perméats est valorisé par cristallisation ou bio fermentation, mais la présence de minéraux est limitante. L'induction d'une précipitation phosphocalcique sélective avant la valorisation du lactose permettrait l'extraction de ces éléments sous forme d'hydroxyapatites (HAp), utilisées comme supplément dans les formulations alimentaires et la récupération conjointe de lactose. Pour favoriser la précipitation des HAp, une concentration du perméat par osmose inverse(OI) a été réalisée. D'autres paramètres ont aussi été étudiés : pH, température et ensemencement. Les précipités ont été récupérés par centrifugation, lyophilisés puis chauffés à 550°C pour éliminer la phase organique. Pour suivre l'efficacité de la précipitation, la composition des principaux éléments salins (K, Ca, Na, P, Mg) a été déterminée par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif et le Ca ionique de la phase soluble a été mesuré avec une électrode. Les phases cristallines obtenues ont été analysées par diffraction des rayons X et par FTIR. La morphologie des particules a été étudiée par microscopie électronique à balayage. Les résultats ont confirmé que le taux de phosphate de calcium précipité a augmenté avec l'ensemencement, la chaleur et l'alcalinisation; surtout dans les perméats concentrés par OI. L'alcalinisation induit le changement de phase vers la forme HAp, démontrant le potentiel de la précipitation sélective du phosphate de calcium et de l'impact positif de l'OI sur son efficacité. Cette étude ouvre la voie à la valorisation des minéraux à partir des perméats de fromagerie, qui a été très peu investiguée comparativement à celle du lactose. / The dairy industry represents the second-largest food sector in Quebec. Its development could be explained by the growth of the dairy fat needs with the demand for processed products, such as butter or cheese, increasing yearly. The concentration of milk proteins by ultrafiltration (UF) leads to the rejection of important volumes of milk permeate (WP), which contains lactose and minerals, responsible for its environmental impact. The production of one kg of cheese rejected 9 liters of whey, representing 1.2 billion tons per year. Whey is rich in proteins, lactose, and mineral components. Whey proteins are generally concentrated by UF and used in various foods for their excellent technological and nutritional properties. This process generates large volumes of whey permeate. The dairy industry is responsible for rejecting a weight of 264 972 tons/years of organic matter in the province of Quebec. Lactose can be valorized by crystallization of bio-fermentation, but salts content could be a limit factor. The induction of selective phosphocalcic precipitation of those elements into hydroxyapatite (HAp) could permit the supplementation of Ca in food formulas and recover lactose simultaneously. To favor HAp precipitation, permeate concentration by reverse osmosis (RO) was tried. Other parameters were studied, including the pH, heating treatments, and DCP seeding. Precipitates were condensed by centrifugation, lyophilized, and then put in a 550°C furnace to remove organic traces. Specific milk salts recovered in the precipitate (K, Ca, Na, P, Mg) was determined by ICP to follow the efficiency of the process. Ionic Ca from the aqueous phase was measured as well with an electrode. Crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and FTIR. The particle's morphology was studied by scanning electron microscopy. Results confirmed that the calcium-phosphate precipitated rate increased with solution's seeding, heating, and alkalinization. Reverse osmosis increased the precipitation. Alkalinization inducts the phase change from simple apatic minerals to complex ones such as HAp. These results demonstrate the potential of selective calcium-phosphate precipitation and RO's positive impact on reaction efficiency. This study opens the path to cheese permeate salt's valorization, low investigated until now.

L'électro-activation (EA) est une approche novatrice qui permet l'isomérisation du lactose en lactulose directement in situ du lactosérum. Cependant, le lactosérum électro-activé (LA-EA) possède un pH hautement alcalin. Alors, l'objectif de ce travail est de contribuer au développement d'un procédé électrolytique pour la neutralisation du LA-EA. La détermination de l'effet des paramètres opératoires et physico-chimiques du milieu électro-activé sur la formation du lactulose a montré qu'un rendement maximum en lactulose de 34,71% est obtenu en utilisant une solution de lactosérum d'une concentration de 7% et 60 min de temps d'électro-activation sous une intensité du courant de 1000 mA après un temps de relaxation de 48 h. Trois configurations électrolytiques ont été étudiées pour la neutralisation de la solution du lactosérum: (1) en neutralisant avec l'anolyte généré dans le compartiment anodique; (2) en inversant les deux électrodes (cathode et anode) et (3) en introduisant le LA-EA dans le compartiment central du réacteur. Les résultats ont montré la faisabilité du processus d'électro-neutralisation. En effet, le pH de la solution a diminué soit en ajoutant des ions H⁺ (cas des configurations 1 et 2), ou en éliminant les ions OH⁻ de la solution (cas de la configuration 3). De plus, il a été révélé que l'électro-neutralisation est ralentie lorsque (I) augmente pour les deux configurations 1 et 2, tandis que pour la configuration 3, elle est accélérée. Les résultats de l'évaluation de l'effet de ce processus sur les propriétés du LA-EA ont montré que la neutralisation de la solution après un temps de relaxation de 48 h n'a pas affecté la composition glucidique du LA-EA, notamment le lactulose. De plus, elle a permis d'améliorer les propriétés techno-fonctionnelles des poudres résultantes en particulier en termes de reconstitution instantanée. / Electro activation (EA) is a novel approach that allows the isomerization of lactose to lactulose in situ from whey. However, electro-activated whey (LA-EA) has a highly alkaline pH. Therefore, the objective of this work is to contribute to the development of an electrolytic process for the neutralization of LA-EA. The determination of the effect of physico-chemical parameters on the formation of lactulose showed that the maximum lactulose yield (34.71%) is obtained for a feed concentration of 7% at 60 min of electro-activation, under a current intensity of 1000 mA after a relaxation time of 48 h. Three electrolytic configurations were studied for neutralization of the whey solution: (1) neutralizing with the anolyte generated at the anode compartment; (2) reversing the two electrodes (cathode and anode) and (3) introducing LA-EA into the central compartment of the reactor. The results showed the feasibility of the electro-neutralization process. Indeed, the pH of the solution decreased either by adding H⁺ ions (case of configurations 1 and 2), or by removing OH⁻ ions from the solution (case of configuration 3). Furthermore, it was revealed that electro-neutralization is slowed down when (I) increases for both configurations 1 and 2, while for configuration 3, it is accelerated. The results of the evaluation of the effect of this process on the properties of LA-EA showed that the neutralization of the solution after a relaxation time of 48 h did not affect the carbohydrate composition of LA-EA, especially lactulose. Moreover, it improved the techno-functional properties of the resulting powder in particular in terms of instant reconstitution.

L'industrie laitière représente le deuxième secteur alimentaire par le volume de sa production au Québec. Son développement s'explique par la croissance des besoins en matières grasses laitières, notamment en produits transformés tels que le fromage. En production fromagère, la concentration du lait par ultrafiltration (UF) entraîne le rejet d'importants volumes de perméat de lait contenant du lactose et des sels; lui conférant un fort impact environnemental. Pour produire 1 kilogramme de fromage, 9 litres de lactosérum sont rejetés. Il contient des protéines, du lactose et des sels. Les protéines sont valorisées sous forme de concentrés par UF; ce qui génère de larges volumes de perméat de lactosérum. Les résidus organiques de la transformation laitière sont de 264 972 tonnes/an au Québec. Le lactose des perméats est valorisé par cristallisation ou bio fermentation, mais la présence de minéraux est limitante. L'induction d'une précipitation phosphocalcique sélective avant la valorisation du lactose permettrait l'extraction de ces éléments sous forme d'hydroxyapatites (HAp), utilisées comme supplément dans les formulations alimentaires et la récupération conjointe de lactose. Pour favoriser la précipitation des HAp, une concentration du perméat par osmose inverse(OI) a été réalisée. D'autres paramètres ont aussi été étudiés : pH, température et ensemencement. Les précipités ont été récupérés par centrifugation, lyophilisés puis chauffés à 550°C pour éliminer la phase organique. Pour suivre l'efficacité de la précipitation, la composition des principaux éléments salins (K, Ca, Na, P, Mg) a été déterminée par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif et le Ca ionique de la phase soluble a été mesuré avec une électrode. Les phases cristallines obtenues ont été analysées par diffraction des rayons X et par FTIR. La morphologie des particules a été étudiée par microscopie électronique à balayage. Les résultats ont confirmé que le taux de phosphate de calcium précipité a augmenté avec l'ensemencement, la chaleur et l'alcalinisation; surtout dans les perméats concentrés par OI. L'alcalinisation induit le changement de phase vers la forme HAp, démontrant le potentiel de la précipitation sélective du phosphate de calcium et de l'impact positif de l'OI sur son efficacité. Cette étude ouvre la voie à la valorisation des minéraux à partir des perméats de fromagerie, qui a été très peu investiguée comparativement à celle du lactose. / The dairy industry represents the second-largest food sector in Quebec. Its development could be explained by the growth of the dairy fat needs with the demand for processed products, such as butter or cheese, increasing yearly. The concentration of milk proteins by ultrafiltration (UF) leads to the rejection of important volumes of milk permeate (WP), which contains lactose and minerals, responsible for its environmental impact. The production of one kg of cheese rejected 9 liters of whey, representing 1.2 billion tons per year. Whey is rich in proteins, lactose, and mineral components. Whey proteins are generally concentrated by UF and used in various foods for their excellent technological and nutritional properties. This process generates large volumes of whey permeate. The dairy industry is responsible for rejecting a weight of 264 972 tons/years of organic matter in the province of Quebec. Lactose can be valorized by crystallization of bio-fermentation, but salts content could be a limit factor. The induction of selective phosphocalcic precipitation of those elements into hydroxyapatite (HAp) could permit the supplementation of Ca in food formulas and recover lactose simultaneously. To favor HAp precipitation, permeate concentration by reverse osmosis (RO) was tried. Other parameters were studied, including the pH, heating treatments, and DCP seeding. Precipitates were condensed by centrifugation, lyophilized, and then put in a 550°C furnace to remove organic traces. Specific milk salts recovered in the precipitate (K, Ca, Na, P, Mg) was determined by ICP to follow the efficiency of the process. Ionic Ca from the aqueous phase was measured as well with an electrode. Crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and FTIR. The particle's morphology was studied by scanning electron microscopy. Results confirmed that the calcium-phosphate precipitated rate increased with solution's seeding, heating, and alkalinization. Reverse osmosis increased the precipitation. Alkalinization inducts the phase change from simple apatic minerals to complex ones such as HAp. These results demonstrate the potential of selective calcium-phosphate precipitation and RO's positive impact on reaction efficiency. This study opens the path to cheese permeate salt's valorization, low investigated until now.

Le perméat de lactosérum (PL) et le son de blé (SB) sont des coproduits de l’industrie laitière et céréalière hautement disponibles et généralement utilisés pour l’alimentation animale ou l’épandage. Dans un contexte d’économie circulaire, des bio-ingrédients durables et innovateurs peuvent être produits par la valorisation des co-produits afin de répondre à la demande de produits avec des bienfaits santé par les consommateurs. Par ailleurs, la fermentation est une alternative de recyclage biologique qui permet d’augmenter la disponibilité des composés bioactifs du SB et de produire des exopolysaccharides à partir du PL. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’obtenir un bio-ingrédient (BI) riche en polysaccharides et composés bioactifs par fermentation du mélange de PL/SB par trois souches de Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 et RW-9595M en monoculture ou en coculture avec Saccharomyces cerevisiae. Dans un premier temps, les expériences ont visé l’évaluation de l’effet de la coculture sur la production d’exopolysaccharides (EPS) par les souches de L. rhamnosus dans du PL. La croissance des mono et cocultures en milieu liquide a été suivie par le compte microbiologique (CFU/mL), la viabilité (PMA-qPCR), la consommation du substrat (lactose) et la production des métabolites (acide lactique et EPS) pendant 48h sans contrôle de pH. L’analyse transcriptomique par RT-qPCR a été utilisée pour déterminer l’expression relative des gènes en coculture par rapport à la monoculture au cours de la fermentation. Un total de 34 gènes en lien avec l’opéron EPS, le métabolisme des sucres, le stress et l’environnement ont été ciblés. Pour l’obtention du bio-ingrédient le mélange de PL /SB a été fermenté en milieu solide par trois souches bactériennes en mono et coculture. L’évolution de la fermentation a été suivie par comptage microbiologique (CFU/g), par la consommation du lactose, le suivi de l’acidification, la détermination des protéines solubles, r la rhéologie et par microscopie électronique à balayage.Le milieu fermenté a été lyophilisé pour obtenir les BI. La composition des BI, le contenu en polysaccharides hydrosolubles (PSH) qui incluent les EPS, la capacité antioxydante et la bioaccessibilité in vitro des composés phénoliques totaux et des acides phénoliques ont été comparés avec le son de blé non fermenté (SBNF). Dans du PL, après 48 heures, les résultats ont révélé que la production d’EPS était améliorée de 39%, 49% et 42% en coculture pour R0011, ATCC 9595 et RW-9595M, respectivement. Des taux d’expression de l’opéron de EPS plus élevés ont été observés pour la souche la plus productrice d’EPS (RW-9595M) en coculture. La construction de réseaux de co-expression de gènes a révélé des corrélations communes entre l’expression de gènes liée aux opérons EPS, le métabolisme du sucre et le stress au cours de la production des EPS et la croissance des trois souches. Les propriétés des BI montrent que le mélange PL/SB c’est un produit riche en protéines, composés phénoliques, fibre alimentaire et polysaccharides solubles dont la quantité est rehaussée en présence de la levure principalement pour les souches ATCC 9595 et R0011. En général, les produits fermentés ont une teneur en composés phénoliques (TPC) liée et une activité antioxydante supérieure au SBNF. Cette différence est plus accentuée en monoculture par rapport à la coculture dans les différents BI. Le TPC total et l'activité antioxydante étaient 30% et 21% plus élevés en monoculture pour le BI obtenu avecRW-9595M par rapport à SBNF. Après la digestion in vitro, la bioaccessibilité des acides phénoliques totaux libres a été améliorée de plus de 40 % dans les BI par rapport au SBNF. Par la fermentation, on observe un enrichissemment en acide caféique libre hautement bioaccessible (superieur à 75%) dans les BI résultant de l’action des bactéries lactiques, ce qui n’a jamais été publié dans la littérature. Les BI obtenus en coculture par les souches RW-9595M et R0011 montrent un contenu significativement plus élevé en acides phénoliques liés qui diminuent lors de la digestion in vitro par rapport à la monoulture. Nos résultats donnent un aperçu de l’influence positive de l’interaction bactérie lactique-levure sur la stimulation IV de la biosynthèse des EPS et les propriétés bioactives du PL/SB fermenté, ce qui représente un progrès important dans la mise au point d’un procédé pour l’obtention d’un bio-ingrédient avec de vastes applications industrielles. / Whey permeate (PL) and wheat bran (SB) are by-products from the dairy and cereal industries that are highly available and used for animal feed or spreading. In a circular economy, sustainable and innovative bio-ingredients can be produced through the valorization of food by-products to be able to respond to the demand for health products from consumers. In addition, fermentation is an alternative to biological recycling to increase the availability of bioactive compounds from SB and to produce exopolysaccharides from PL. In this context, the objective of this study is to obtain a bio-ingredient (BI) rich in polysaccharides and bioactive compounds by fermentation of the mixture of PL / SB by three strains of Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 and RW-9595M in monoculture or in coculture with Saccharomyces cerevisiae. Initially, the experiments aimed at evaluating the effect of coculture on the production of exopolysaccharides (EPS) by the L. rhamnosus strains in PL. The growth of mono and coculture s in liquid medium was followed by the microbiological account (CFU / mL), the viability (PMA-qPCR), consumption of the substrate consumption (lactose) and the production of metabolite productions (lactic acid and EPS) during 48 h without pH control. Transcriptomic analysis by RT-qPCR was used to determine the relative expression of genes in coculture compared to monoculture during fermentation. In total 34 genes linked to the EPS operon, sugar metabolism, stress and the environment were targeted. To obtain the bio-ingredient, the PL / SB mixture was fermented in solid medium by the bacterial strains in mono and coculture. The progress of the fermentation progress was followed by microbiological account (CFU / g), by the consumption of lactose consumption, by the monitoring of acidification, the determination of soluble protein determinations, by rheology and by scanning electron microscopy. At the end, the fermented medium was lyophilized to obtain the BI. The composition of BI composition, the content of water-soluble polysaccharides content (WSP) which include EPS, the antioxidant capacity and the in vitro bioaccessibility of total phenolic compounds and phenolic acids were compared with unfermented wheat bran (UFWB). In PL, after 48 hours, the results revealed that EPS production was improved by 39%, 49% and 42% in coculture for R0011, ATCC 9595 and RW-9595M, respectively. Higher EPS operon expression rates were observed for the more EPS-producing strain (RW-9595M) in coculture. The construction of gene co-expression networks has revealed common correlations between gene expression linked to EPS operons, sugar metabolism and stress during the production of EPS production and the growth of the three strains. The properties of BI properties show that the fermented SB/PL mixture is rich in protein, phenolic compounds, dietary fiber and soluble polysaccharides, the amount of which is enhanced in the presence of yeast mainly for ATCC 9595 and R0011. In general, fermented products have a content of bound phenolic compounds (TPC) and an antioxidant activity greater than UFWB. This difference is more accentuated in monoculture compared to coculture in for different BI. Total TPC and antioxidant activity were 30% and 21% higher in monoculture for BI obtained from RW-9595M compared to UFWB. After in vitro digestion, the bioaccessibility of total free phenolic acids was improved by more than 40% in BI compared to UFWB. Through fermentation, we observe an enrichment in highly bioaccessible free caffeic acid (superior than 75%) in BI resulting from the action of lactic acid bacteria, which was not reported before in the literature. The BI obtained in coculture with RW-9595M and R0011 have a significantly higher content of bound phenolic acids which decrease during in vitro digestion compared to monoculture. Our results provide an overview of the positive influence of the lactic acid bacteria-yeast interaction on the stimulation of EPS biosynthesis and the bioactive properties of fermented PL / SB, which represents major progress in the development of a process for obtaining a bio-ingredient with wide industrial applications.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 février 2006). Bibliogr.

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.