Thèse de doctorat : Géosciences : INPL : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. univ.--Chimie physique, spécialité physico-chimie des polymères--Rouen, 1994. / 1994 d'après la déclaration de dépôt légal. Bibliogr. p. 175-183. Résumé en français et en anglais.

Th. doct.-ing.--Nancy, I.N.P.L., 1975.

Thèse doctorat : Génétique moléculaire : Nancy 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre.

Au Canada, l’utilisation d’amidon modifié dans le yogourt est usuel afin d’éviter des défauts de qualité comme la synérèse. Malgré cet ajout, les défauts demeurent. Les exopolysaccharides (EPS) produits naturellement par certaines bactéries lactiques suscitent un intérêt technologique dus à leur capacité de rétention d’eau et à moduler la viscosité. La structure des EPS et leurs interactions avec les protéines seraient responsables de ces effets plutôt que de la concentration produite. Jusqu’à présent, aucune étude n’a été réalisée sur l’utilisation conjointe d’amidon modifié et d’EPS dans les yogourts. Le but de ce travail était d’étudier le rôle structural des EPS produits in situ par certaines bactéries lactiques sur les propriétés rhéologiques/physiques (formation de gel, fermeté, viscosité, synérèse) et la microstructure de systèmes laitiers avec amidon modifié. Quatre ferments constitués chacun d’une souche de Streptococcus thermophilus et d’une souche de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, produisant des EPS aux caractéristiques structurales connues, ont été utilisés: HC15/210R (contrôle), HC15/291 (EPS neutre, rigide, peu ramifié), HC15/702074 (EPS neutre, flexible, hautement ramifié), 2104/210R (EPS chargé, rigide, linéaire). Le pH final de 4.6 a été atteint pour tous les ferments après 180-210 minutes à 42 C. Le processus de formation de gel n’a pas été influencé par la présence d’EPS. La comparaison de plusieurs EPS aux structures connues a permis d’établir que l’EPS chargé du ferment 2104/210R améliorait la fermeté en plus de contribuer à la viscosité. L’EPS neutre, rigide et peu ramifié du ferment HC15/291 améliorait significativement la viscosité et la rétention du sérum comparativement à l’EPS neutre, hautement ramifié et flexible du ferment HC15/702074. Malgré que le lissage ait diminué significativement les propriétés rhéologiques/physiques des systèmes laitiers, la fonctionnalité des EPS est maintenue. L’ajout d’amidon modifié a amélioré les propriétés rhéologiques/physiques des systèmes laitiers brassés tandis que peu d’effets ont été observés pour les systèmes laitiers fermes. Finalement, ce travail a démontré qu’il est possible d’améliorer les propriétés rhéologiques/physiques de systèmes laitiers par l’utilisation conjointe d’EPS aux caractéristiques structurales spécifiques et d’amidon modifié. / In Canada, modified starch addition in yoghurt is frequent in order to limit technological defects such as syneresis. Despite the addition of modified starch, technological defects still occur. Exopolysaccharides (EPS) produced naturally by some lactic acid bacteria can be used as stabilizers in yoghurt. Literature indicates that their properties to bind water and to modulate viscosity are not correlated to EPS concentration but to their structure and interactions with milk proteins. To our knowledge, this is the first work that has studied the effect of combined use of modified starch and EPS in yoghurt. The aim of this work was to study the structure-function relationship of EPS produced in situ by lactic acid bacteria on the rheological/physical properties (gel formation, viscosity, firmness, stiffness) and the microstructure of fermented dairy systems with modified starch. Four starters composed of one strain of Streptococcus thermophilus and one strain of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and producing EPS with known structure were studied: HC15/210R (control), HC15/291 (neutral, stiff, few branched EPS), HC15/702074 (neutral, flexible, highly branched EPS) and 2104/210R (anionic, stiff, linear, EPS). A final pH of 4.6 was obtained after a fermentation of 180-210 minutes à 42 C for all starters. The gel formation process was not influenced by the presence of EPS. The comparison of several EPS of known structure has shown that the anionic EPS from 2104/210R starter improved firmness and viscosity. Neutral, stiff and few branched EPS from HC15/291 starter contributed to viscosity and limited syneresis comparatively to the neutral, flexible and highly branched EPS from HC15/702074 starter. Although the smoothing process had a negative impact on the values of all rheological/physical properties of fermented dairy systems, the functionality of EPS remained. The addition of modified starch improved the rheological/physical properties of stirred fermented dairy systems but had no effect on set fermented dairy systems. To conclude, this work has shown that the rheological/physical properties of fermented dairy systems may be improved by the combination of modified starch and EPS with specific structural characteristics.

Au Canada, l’utilisation d’amidon modifié dans le yogourt est usuel afin d’éviter des défauts de qualité comme la synérèse. Malgré cet ajout, les défauts demeurent. Les exopolysaccharides (EPS) produits naturellement par certaines bactéries lactiques suscitent un intérêt technologique dus à leur capacité de rétention d’eau et à moduler la viscosité. La structure des EPS et leurs interactions avec les protéines seraient responsables de ces effets plutôt que de la concentration produite. Jusqu’à présent, aucune étude n’a été réalisée sur l’utilisation conjointe d’amidon modifié et d’EPS dans les yogourts. Le but de ce travail était d’étudier le rôle structural des EPS produits in situ par certaines bactéries lactiques sur les propriétés rhéologiques/physiques (formation de gel, fermeté, viscosité, synérèse) et la microstructure de systèmes laitiers avec amidon modifié. Quatre ferments constitués chacun d’une souche de Streptococcus thermophilus et d’une souche de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, produisant des EPS aux caractéristiques structurales connues, ont été utilisés: HC15/210R (contrôle), HC15/291 (EPS neutre, rigide, peu ramifié), HC15/702074 (EPS neutre, flexible, hautement ramifié), 2104/210R (EPS chargé, rigide, linéaire). Le pH final de 4.6 a été atteint pour tous les ferments après 180-210 minutes à 42 C. Le processus de formation de gel n’a pas été influencé par la présence d’EPS. La comparaison de plusieurs EPS aux structures connues a permis d’établir que l’EPS chargé du ferment 2104/210R améliorait la fermeté en plus de contribuer à la viscosité. L’EPS neutre, rigide et peu ramifié du ferment HC15/291 améliorait significativement la viscosité et la rétention du sérum comparativement à l’EPS neutre, hautement ramifié et flexible du ferment HC15/702074. Malgré que le lissage ait diminué significativement les propriétés rhéologiques/physiques des systèmes laitiers, la fonctionnalité des EPS est maintenue. L’ajout d’amidon modifié a amélioré les propriétés rhéologiques/physiques des systèmes laitiers brassés tandis que peu d’effets ont été observés pour les systèmes laitiers fermes. Finalement, ce travail a démontré qu’il est possible d’améliorer les propriétés rhéologiques/physiques de systèmes laitiers par l’utilisation conjointe d’EPS aux caractéristiques structurales spécifiques et d’amidon modifié. / In Canada, modified starch addition in yoghurt is frequent in order to limit technological defects such as syneresis. Despite the addition of modified starch, technological defects still occur. Exopolysaccharides (EPS) produced naturally by some lactic acid bacteria can be used as stabilizers in yoghurt. Literature indicates that their properties to bind water and to modulate viscosity are not correlated to EPS concentration but to their structure and interactions with milk proteins. To our knowledge, this is the first work that has studied the effect of combined use of modified starch and EPS in yoghurt. The aim of this work was to study the structure-function relationship of EPS produced in situ by lactic acid bacteria on the rheological/physical properties (gel formation, viscosity, firmness, stiffness) and the microstructure of fermented dairy systems with modified starch. Four starters composed of one strain of Streptococcus thermophilus and one strain of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and producing EPS with known structure were studied: HC15/210R (control), HC15/291 (neutral, stiff, few branched EPS), HC15/702074 (neutral, flexible, highly branched EPS) and 2104/210R (anionic, stiff, linear, EPS). A final pH of 4.6 was obtained after a fermentation of 180-210 minutes à 42 C for all starters. The gel formation process was not influenced by the presence of EPS. The comparison of several EPS of known structure has shown that the anionic EPS from 2104/210R starter improved firmness and viscosity. Neutral, stiff and few branched EPS from HC15/291 starter contributed to viscosity and limited syneresis comparatively to the neutral, flexible and highly branched EPS from HC15/702074 starter. Although the smoothing process had a negative impact on the values of all rheological/physical properties of fermented dairy systems, the functionality of EPS remained. The addition of modified starch improved the rheological/physical properties of stirred fermented dairy systems but had no effect on set fermented dairy systems. To conclude, this work has shown that the rheological/physical properties of fermented dairy systems may be improved by the combination of modified starch and EPS with specific structural characteristics.

L’interaction associative entre la β-lactoglobuline et le xanthane (natif ou traité par hautes pressions hydrodynamiques) résultant en la formation de complexes électrostatiques a été étudiée par diverses techniques chimiques et physiques. L’objectif principal était d’approfondir les connaissances fondamentales au niveau moléculaire sur les interactions protéines – polysaccharides anioniques. Il a été trouvé que le mécanisme de séparation de phases associative suivi par ce système est une nucléation et croissance qui résultant en la formation de diverses structures fractales. Notamment, des différences de taille, de structure interne (compacité) et de solubilité ont été obtenues selon, entre autres, le pH et le ratio protéine – xanthane qui dirigent les processus de structuration dans le système en gouvernant, respectivement, la densité de charge des molécules et les effets d’équilibre de masse. L’importance et l’effet des forces de cisaillement appliquées (ou non) ainsi que la méthode d’acidification utilisée pendant la séparation de phases ont aussi été démontrés. Ainsi, lorsque la complexation a lieu sous cisaillement, la taille et la structure des complexes sont déterminées par un processus de restructuration induit par une compétition entre les forces électrostatiques attractives et les forces de rupture dues à l’écoulement. D’autre part, il a été démontré que le degré d’agrégation du xanthane est responsable des différentes structures formées puisque c’est le polysaccharide qui agit comme support lors de la complexation. Particulièrement, à des taux d’acidification lents, la taille des complexes peut être contrôlée en modifiant le poids moléculaire du xanthane. Les propriétés fonctionnelles des complexes obtenus peuvent ainsi être modifiées et façonnées en ajustant divers paramètres initiaux (ratio protéine – xanthane, poids moléculaire du xanthane) ainsi que les conditions présentes lors de leur fabrication (cisaillement, vitesse d’acidification). La fonctionnalité des complexes comme substituts de matière grasse a été évaluée dans des formulations modèles de garniture à biscuit ou glaçage à gâteaux. Les complexes ont conféré de bons attributs de viscosité et de texture aux échantillons faibles en gras. / The associative interaction between β-lactoglobulin and xanthan gum (native or treated by high hydrodynamic pressures) resulting in the formation of electrostatic complexes was studied by several chemical and physical techniques. The main objective was to develop a fundamental knowledge of this system at a molecular level, to better understand the interactions between proteins and anionic polysaccharides. The associative phase separation in this system proceeded via a nucleation and growth mechanism that resulted in the formation of distinct fractal structures. Namely, differences in size, internal structure (compactness), and solubility were obtained depending principally on the pH and initial protein to polysaccharide ratio; which, in turn governed molecular charge density and mass action equilibrium effects determining the structuration processes. The important effects of the acidification method and the shearing forces applied during complexation were also identified. Particularly, it was revealed that when shear forces were applied during complexation the size and the structure of interpolymeric complexes were determined by restructuring processes set by a competition between attractive electrostatic forces and rupture forces caused by flow. Moreover, it was found that the aggregation pattern of xanthan gum was responsible for the formation of the different structures since it is the polysaccharide that acts as the support during complexation. Accordingly, at slow rates of acidification, a modification of the molecular weight of xanthan gum can control the size of the complexes. Therefore, the characteristics and functional properties of the complexes can be modified and tailored by adjusting the initial parameters and the conditions present during their manufacture.