Les concentrés de protéines de lait sont couramment utilisés comme ingrédients lors de la standardisation du lait de fromagerie. La concentration des protéines est généralement réalisée par ultrafiltration (UF) à l’aide de membranes polymériques ayant un seuil de coupure de 10 kDa, et ce, jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.5X. Dans l’optique d’améliorer l’efficience du procédé d’UF, l’étude avait pour but de caractériser l’impact du mode opératoire (pression transmembranaire constante (465 et 672 kPa) et flux constant) ainsi que la température (10°C et 50°C) sur la performance du système jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.6X. Le module de filtration à l’échelle pilote comprenait une membrane d’UF en polyéthersulfone de 10 kDa d’une surface de 2,04 m2. La performance du système a été caractérisée sur le flux de perméation, la sélectivité et la consommation énergétique totale. L’étude a montré que le flux de perméation était 1,9 fois plus élevé à une température de 50°C comparativement à 10°C lors de l’UF du lait. Le coefficient de rejet des protéines n’a pas été affecté significativement par la pression transmembranaire et la température (P< 0,05). L’effet de la température a été observé au niveau de la teneur en calcium, laquelle était plus élevée de 12% dans les rétentats générés à 50C. La consommation énergétique totale du système d’UF était plus élevée à 10C comparativement à 50C, représentant 0,32±0,02 et 0,26±0,04 kWh/kg rétentat respectivement. Les résultats montrent que le ratio d’efficience énergétique (rapport entre le flux de perméation et la consommation énergétique) optimal a été obtenu à faible pression transmembranaire constante et à 50C. L’approche développée dans le cadre de ce projet fournira des outils aux industriels laitiers pour améliorer l’éco-efficience de leurs procédés de séparation baromembranaire. / The milk proteins concentrates are widely used as a dairy ingredient for cheese milk standardization. Milk protein concentrates are generally produced by ultrafiltration (UF) using polymeric membranes with molecular weight cut-off of 10 kDa, until a volume concentration factor of 3.5X. To improve the efficiency of the UF process, this study aimed at characterizing the impact of operating mode (constant transmembrane pressure (465 and 672 kPa) and constant flux) and temperature (10C and 50C) on the UF system performances during skim milk concentration until a volume concentration factor of 3.5X. A pilot-scale filtration module equipped with a 10 kDa polyethersulfone UF membrane with an effective surface of 2,04 m2 was used. System performance was characterized by the permeation flux, membrane selectivity and the total energy consumption. Experiments demonstrated that the permeation flux was 1,9 times higher at 50C compared to 10C. The protein rejection was not significantly affected by the transmembrane pressure and the temperature (P< 0,05). The temperature had an impact in terms of calcium content, which was 12% higher in the retentate generated at 50°C compared to the one produced at 10C. The total energy consumption was higher during UF at 10°C (0,32±0,02 kWh/kg retentate) compared to 50°C (0,26±0,04 kWh/kg retentate). The results showed that the energy efficiency ratio (ratio of the permeation flux and total energy consumption) was optimal at low constant transmembrane pressure and 50°C. The experimental approach developed in this project provides tools to dairy processors to improve the eco-efficiency of their membrane separation systems.

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience. / High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective. / Diafiltration

La présente étude avait pour but d'étudier la HE4 humaine, une protéine faisant partie de la famille des protéines à motif Whey Acidic Protein (WAP) et normalement retrouvée dans différents tissus incluant le poumon, et n'ayant aucune fonction connue, afin d'établir son rôle physiologique. Pour ce faire, la HE4 a été comparée à la pré-élafine et au Secretory leucocyte proteinase inhibitor (SLPI), deux protéines structuralement semblables à la HE4 et ayant des activités anti-protéolytique, anti-inflammatoire, anti-microbienne et une implication dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats obtenus démontrent que, si la HE4 est un inhibiteur de protéases, son profil d'inhibition est différent de celui du SLPI et de la pré-élafine, et que HE4 n'a aucun effet sur la production de cytokines pro-inflammatoires de base et induite par des LPS chez des cellules épithéliales alvéolaires et bronchiques. Cependant, la HE4 semble posséder une fonction antiproliférative puisqu'elle induit une diminution dose dépendante de la prolifération cellulaire des mêmes lignées de cellules épithéliales pulmonaires.

Une base de données regroupant l'ensemble des peptides antimicrobiens provenant de protéines laitières et décrits dans la littérature a été réalisée, révélant le fait que peu de peptides antimicrobiens ont été identifiés à partir d'un mélange de protéines du lactosérum ou de produits laitiers. D'autre part, un hydrolysat d'isolat de protéines sériques a été fractionné par chromatographie liquide haute performance afin de séparer spécifiquement des fractions contenant des peptides antimicrobiens. Cinq fractions antimicrobiennes ont été obtenues et les peptides responsables de l'activité ont été identifiés. En parallèle, cinq extraits peptidiques hydrosolubles ont été isolés de fromages canadiens. Deux de ces extraits ont révélé une activité antimicrobienne et confirme la présence de peptides antimicrobiens dans les produits laitiers. Les protéines laitières ont ainsi démontré leur capacité à générer des peptides antimicrobiens après hydrolyse.

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.

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.

Le babeurre constitue la phase aqueuse extraite de la masse de beurre obtenue lors du barattage de la crème. Avec une composition similaire à celle du lait écrémé, le babeurre présente un fort potentiel de valorisation pour l'industrie fromagère. Son utilisation en fromagerie demeure toutefois limitée par plusieurs défauts technologiques. Par exemple, il augmente le temps de coagulation à la présure, conduit à des caillés plus friables et diminue leur fermeté. Pour expliquer ce phénomène, les présents travaux sont basés sur l'hypothèse que les fragments de la membrane de globule de gras laitier interagiraient directement avec les micelles de caséine suite à l'application d'un traitement thermique et interféreraient de ce fait dans l'environnement physicochimique de ces dernières, nuisant par conséquent à leur coagulation. Le but du projet de recherche est de caractériser les interactions liant les micelles de caséine aux protéines du babeurre afin de mieux comprendre le comportement du babeurre en système fromager. Pour ce faire, des micelles de caséine de babeurre de crème crue et de babeurre de crème pasteurisée (90°C, 20 secondes) ont été isolées par centrifugation. Leur taille, leur charge et leur composition protéique ont été déterminées. Les résultats obtenus ont permis de montrer que la pasteurisation favorisait la création de complexes entre les micelles de caséine et les protéines de la membrane de globule de gras laitier. Selon des résultats obtenus à partir de gels électrophorétiques de polyacrylamide réalisés en 2 dimensions (1ere dimension en conditions non-réductrices et 2eme dimension en conditions réductrices), ces complexes seraient maintenus par des liens covalents mettant en jeu des liaisons disulfures. Les résultats de gels électrophorétiques de polyacrylamide cette fois réalisés en 1 dimension, alternativement avec et sans ajout d'agent réducteur, montrent que les mécanismes d'interaction feraient notamment intervenir la PAS 6/7, la butyrophiline ainsi que la caséine K. Par ailleurs, les caséines K jouent un rôle majeur dans la coagulation fromagère et leurs liens avec les autres protéines sont reconnus pour diminuer cette fonction. Les liens unissant ces dernières aux protéines de la membrane de globule de gras laitier peuvent donc constituer une explication des défauts technologiques apportés par l'utilisation du babeurre de crème pasteurisée en fromagerie.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La libération d'arôme a été étudiée à partir de produits contenant des protéines laitières. L'objectif général était de comparer l'effet, sur la libération d'arôme, de différentes microstructures d'émulsions et de gels, obtenues en modulant des paramètres de procédé. Ces derniers ont été sélectionnés pour leur incidence sur la microstructure du produit fini : la pression d'homogénéisation, la fraction d'huile à l'homogénéisation et la source de protéines dans le cas d'émulsions; le traitement thermique du lait et la gélification dans le cas de gels acides. La microstructure (taille des gouttelettes et charge protéique pour les émulsions; densité du réseau - fermeté pour les gels) a montré peu ou pas d'effet sur la libération d'arôme, même sur sa composante cinétique. Cependant, les paramètres de procédé à l'étude ont montré des effets sur la libération d'arôme, qui pourraient s'expliquer par le changement de conformation des protéines laitières associé à ces traitements. / Aroma release was studied from products containing milk proteins. The purpose of the project was to compare the effect, on aroma release, of different microstructures of emulsions and gels, obtained by modulating processing parameters. The latter were selected for their impact on the microstructure of the final product: homogenization pressure, oil fraction at homogenization and protein source in the case of emulsions; milk heating and acid-induced gelation in the case of acid gels. The microstructure (droplet size and protein load for emulsions; density of the network - firmness for gels) showed little or no effect on aroma release, even on its kinetic component. However, the studied processing parameters showed significant effects on aroma release, which could be explained by the change in the conformation of proteins associated with these treatments.

Titre de l'écran-titre (visionné le 19 juin 2023) / Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La mise en place d'une nutrition adéquate pour les prématurés est un défi majeur pour les services néonataux notamment, car la teneur en protéines du lait maternel n'est pas suffisante pour soutenir la croissance des nourrissons de très faible poids à la naissance (<1 500 g). Ainsi, les isolats protéiques de lait bovin (>85 % sur base sèche) sont généralement utilisés pour répondre aux besoins en protéines. Toutefois, ces produits pourraient causer des intolérances lorsqu'utilisés pour la nutrition de cette population vulnérable. Par conséquent, le but de ce projet était de produire un concentré protéique de lait humain en adaptant les procédés (écrémage, microfiltration, ultrafiltration, diafiltration, pasteurisation thermique et par pression) actuellement utilisés en industrie laitière et d'étudier l'impact de ces technologies sur les phénomènes de dénaturation/agrégation des protéines en ciblant particulièrement celles d'importance biologique. L'objectif final étant d'évaluer la faisabilité d'un concentré de protéines de lait humain afin d'aider à l'atteinte des besoins nutritionnels et physiologiques des prématurés. Une première étude a permis de mettre en évidence l'impact de la composition du lait humain et du seuil de coupure de la membrane de filtration sur l'efficacité de l'ultrafiltration couplée à la diafiltration pour la concentration et la purification des protéines du lait humain. Une teneur protéique de 50% sur une base sèche a été atteinte dans le concentré généré. Le procédé a permis une rétention maximale des protéines et des peptides d'intérêt nutritionnel. Toutefois, la forte teneur en oligosaccharides est vraisemblablement un frein majeur à l'atteinte des performances optimales de l'ultrafiltration et de la diafiltration. Ces résultats ont permis de corréler l'impact des différences de composition des laits bovin et humain sur les performances des procédés baromembranaires. Cependant, d'autres stratégies devront être développées pour augmenter les performances de filtration dans un contexte industriel ou pilote. À partir du concentré protéique de lait humain généré à l'étape précédente, le deuxième objectif de cette thèse visant à étudier l'impact de différents traitements de pasteurisation sur les structures protéiques. Nous avons observé que l'ensemble des traitements de pasteurisation appliqués (haute pression hydrostatique [HPH], pasteurisation haute température/temps court [HTST] et pasteurisation de Holder [ou pasteurisation basse température/temps long]) induisaient une agrégation de diverses protéines, en particulier l'α-lactalbumine et la lactoferrine. Cependant, les traitements thermiques avaient un impact plus important que les HPH puisque 86% de la lactoferrine a été dénaturée et agrégée à la suite d'une pasteurisation HTST et pasteurisation de Holder alors qu'elle a été préservée après HPH à un niveau similaire à celui du concentré de protéines de lait humain non traité. Finalement, les travaux du troisième objectif ont permis de générer des données sur la digestion gastro-intestinale du lait maternel, du concentré protéique non traité et pasteurisé (HPH, HTST ou pasteurisation de Holder) dans un modèle in vitro de nouveau-né prématuré. Il a aussi été démontré que les 3 procédés de pasteurisation ont permis de diminuer significativement la charge microbienne du concentré. Des degrés d'hydrolyse similaires ont été calculés pendant et après la digestion pour l'ensemble des HMPC (non traités, HPH, HTST ou pasteurisation de Holder). Cependant la lactoferrine, ainsi que les protéines laitières de hauts poids moléculaires, étaient plus susceptibles à la digestion dans les concentrés traités thermiquement. Au contraire, l'α-lactalbumine semble être plus résistante à la digestion suite à l'application des traitements (HPH, HTST et pasteurisation de Holder). En résumé, ce projet a permis de générer de nouvelles connaissances sur la transformation du lait humain, pour la production d'un concentré protéique, à l'aide des méthodes conventionnellement appliquées en industrie laitière et alimentaire. D'après l'ensemble des critères de qualité étudiés, la pasteurisation par HPH a engendré des impacts plus faibles sur la structure et la digestibilité des protéines comparativement aux traitements thermiques. Cependant, pour envisager la production d'un concentré protéique de lait humain au sein des banques de lait humain, il sera nécessaire de démontrer la salubrité microbiologique de ce produit fini. En effet, en lien avec la vulnérabilité des prématurés et la périssabilité du lait, la décontamination et la conservation de ces produits représentent des enjeux majeurs. / Adequate nutrition is a challenge for neonatal services, especially when the protein content of human milk is not sufficient to support the growth of very low birth weight infants (VLBW, <1 500 g). Bovine milk-based protein isolates (>85% on a dry basis) are typically used to meet protein requirements. However, these products could cause feeding intolerance for this vulnerable population. Therefore, the purpose of this project was to generate a human milk protein concentrate (HMPC) by adapting process (skimming, microfiltration, ultrafiltration, diafiltration, and pasteurization by thermal and pressure processes) currently used in the dairy industry and to study the impact of this technology on the denaturation and aggregation of proteins, mainly bioactive proteins. The aim was to evaluate the feasibility of producing a human milk protein concentrate to meet the nutritional and physiological needs of premature newborns. A first study highlighted the impact of human milk composition and molecular weight cut-off on the efficiency of ultrafiltration and diafiltration for the concentration and purification of human milk proteins. The HMPC contained 50% of protein on dry basis. The process allowed a maximal retention of proteins and peptides of interest from a nutritional point of view. However, the presence of oligosaccharides negatively impacted the performance of ultrafiltration and diafiltration. These results allowed us to correlate the impact of compositional differences between bovine and human milk and the performance of pressure-driven membrane processes. However, other strategies should be tested to increase the filtration performance in an industrial or pilot scale context. Starting from the HMPC produced at the previous objective, the second objective of this thesis aimed to evaluate the impact of different pasteurization treatments on the protein structure. We highlighted that both high hydrostatic pressure (HHP) and thermal treatments (high temperature short time pasteurization [HTST] and Holder pasteurization) induced aggregation of human milk proteins, mainly α- lactalbumin and lactoferrin. However, effect of thermal treatments on proteins was largely higher compared to HHP since 86% of the lactoferrin (for the soluble phase) was denatured and aggregated after heat treatment (HTST and Holder pasteurization). The impact of HHP on lactoferrin was non-significant and lactoferrin concentration stayed the same as the non-treated HMPC. Finally, the third study provides information regarding the gastrointestinal digestion of non-treated HMPC and pasteurized HMPC (HHP, HTST or Holder pasteurization) in a premature infant in vitro model. It has also been demonstrated that the three pasteurization processes have significantly reduced the microbial load of the HMPC. Similar hydrolysis degrees were calculated during and after digestion between any HMPC (non-treated, HHP, HTST or Holder pasteurization). However, lactoferrin and other higher molecular weight proteins became more sensitive to digestion after thermal treatments of HMPC. On the contrary, α-lactalbumin was more resistant to digestion after pasteurization treatments (HHP, HTST and Holder pasteurization). In conclusion, this project generated new knowledge on human milk processing, to produce HMPC, using conventional methods currently used in dairy industries. According to the different results generated in the three objectives, HHP represents the best option to maintain the quality of HMPC. However, to consider the production of human milk protein concentrate within human milk banks, the study of the microbiological safety of this concentrate is crucial. Indeed, because of the vulnerability of premature newborns and the perishability of milk, the decontamination and preservation of these products represent major issues.

Les interactions entre protéines et polysaccharides dépendent des conditions environnementales et de leurs propriétés intrinsèques. La cosolubilité, la complexation et l’incompatibilité en sont le résultat. La complexation et l’incompatibilité ont démontré une amélioration des propriétés fonctionnelles de systèmes mixtes comparativement aux biopolymères pris individuellement. L’incompatibilité étant souvent la règle, cette recherche a pour but d’approfondir les connaissances sur les propriétés fonctionnelles des systèmes mixtes protéines-polysaccharides en conditions de compatibilité ou d’interactions associatives et de caractériser les nouvelles fonctionnalités qui en découlent. Un premier système isolat de protéines de lactosérum-xanthane a été étudié pour ses aptitudes à la gélification en conditions de compatibilité induites suite à une variation de pH et du ratio protéines-polysaccharides. Suivant l’application d’un traitement thermique, la solution est passée de compatible à incompatible. Les gels démontraient une augmentation du module élastique (G’) due à l’incompatibilité telle qu’observée par microscopie confocale à balayage laser. L’ajout de NaCl a augmenté cette incompatibilité et l’a rendue excessive au-delà d’une concentration critique entraînant une chute du G’. La compatibilité a ensuite été étudiée sur un système isolat de protéines de lactosérum-pectine. Suite à une variation de pH, de la concentration en biopolymères et du ratio protéines-polysaccharides, des conditions de compatibilité ont été confirmées par les mesures d’absorbance et du nombre de charges. Cette compatibilité a mené à une diminution de la viscosité en solution diluée due à la formation de complexes solubles alors qu’en solution concentrée, la complexation l’a plutôt augmentée. Un système modèle de yogourt ferme a finalement été étudié suite à l’incorporation de isolat de protéines de lactosérum et de pectine préalablement complexés et stabilisés. Les concentrations en protéines et en solides totaux ont été maintenues constantes. Les mélanges laitiers ont été acidifiés au glucono-delta-lactone. Les résultats démontrent que l’incorporation de complexes à différentes concentrations entrave la formation d’un réseau protéique homogène provoquant une diminution de la fermeté du gel et une augmentation de la synérèse. Les observations microscopiques appuient ces résultats. Les solutions mixtes permettent de développer de nouvelles propriétés fonctionnelles. Cependant, une meilleure connaissance de ces mélanges est nécessaire pour en arriver à des propriétés fonctionnelles variées et précises dans les formulations alimentaires. / Protein polysaccharide interactions depend on both environmental conditions and intrinsic properties. Results are co-solubility, complexation and incompatibility. Complexation and incompatibility have demonstrated improvement of functional properties of mixed systems compared to those of the individual components. Incompatibility being the rule, the aim of this study is to widen knowledge on functional properties of mixed protein-polysaccharide systems in presence of compatibility or associative interactions and to characterise the new emerging functional properties. A first mixed system of whey protein isolate-xanthan has been studied for its gelling abilities following pH and protein-polysaccharide ratio variations. Following application of a thermal treatment, the solution passed from compatible to incompatible. Gelation was demonstrated by an increase in elastic modulus (G’) due to incompatibility as observed by confocal laser scanning microscopy. Addition of NaCl increased this incompatibility and made it excessive at a certain critical concentration leading to loss in G’. Compatibility has then been studied on a whey protein isolate-pectin system. Varying pH, biopolymer total concentration and protein-polysaccharide ratio allowed soluble complex formation which was confirmed with the measurement of absorbance and the number of charge. This compatibility led to a decrease in viscosity in diluted solution due to soluble complex formation while in concentrated solution, complexation rather increased it. A model system of firm yogurt was finally studied following incorporation of whey protein isolate and pectin first complexed and stabilised. Protein and total solid concentrations were kept constant. Milky solutions were acidified with glucono-delta-lactone. Results demonstrate that incorporation of complexes at different concentrations hampers the formation of a homogenous protein network provoking a decrease in gel stiffness and an increase in syneresis. Microscopic observations supported these conclusions. Mixed solutions prepared by carefully condunting complex formation allow the design of new functional properties. However, a better knowledge of these mixes is necessary in order to achieve varied and precise functional properties in food formulation.