Le babeurre est le co-produit issu du barattage de la crème en beurre. Puisque la consommation de beurre est en constante hausse au Québec et au Canada, d'importantes quantités de babeurre, qui est produit dans les mêmes proportions massiques que le beurre, sont à valoriser. Bien que le babeurre partage une composition similaire à celle du lait écrémé, ses caractéristiques limitent son utilisation sur le plan technologique. En effet, en dehors de son pouvoir émulsifiant, ses propriétés techno-fonctionnelles sont souvent moins bonnes que celles du lait écrémé. Ces différences sont entre autres attribuées aux fragments de la membrane du globule de gras du lait (MGGL) qui sont relargués dans le babeurre lors du barattage de la crème. La MGGL possède toutefois plusieurs composés à hautes valeurs ajoutées, telles que les phospholipides (PL) et des protéines membranaires, possédant des propriétés nutritionnelles et santé. Ainsi, la séparation de la MGGL du babeurre permettrait de produire deux fractions, d'une part, une fraction délipidée pouvant être utilisée comme un lait écrémé, et d'autre part, une fraction lipidique riche en phospholipides de la MGGL utilisable comme composé bioactif. En revanche, la séparation des composants du babeurre demeure un défi important, particulièrement au niveau industriel. Cette étude porte donc sur la mise en place d'une technique de séparation des composants du babeurre en utilisant leur affinité pour un adsorbant, l'hydroxyapatite (HA). Dans le cadre de cette thèse, une première étude a été menée afin de déterminer s'il était possible d'adsorber les fragments de MGGL issus du babeurre de crème pasteurisée et de crème non-pasteurisée sur des HA. Cette étude a ainsi pu prouver que les deux types de MGGL pouvaient interagir avec les HA, avec la MGGL issue de babeurre de crème pasteurisée montrant une plus grande affinité pour les HA que la MGGL de crème crue. De plus, les protéines de la MGGL avaient tendance à s'adsorber à la surface des HA tandis que les PL migrent progressivement à l'interne des HA. Cependant, ils se sont adsorbés dans les mêmes proportions et à la même vitesse, démontrant que les fragments de la MGGL se sont initialement fixés dans leur entièreté. Puis, une agrégation des HA a été observée, permettant de penser que les fragments de MGGL s'adsorbaient en multicouches à la surface des HA. Cette agrégation a formé des espaces inter particulaires dans lesquels des fragments de MGGL supplémentaires ont pu s'intercaler. Cette première partie a donc permis de vérifier que les MGGL, composées de protéines et de PL, peuvent interagir avec les HA et s'y adsorber. De plus, aucune différence de proportion ou de vitesse d'adsorption n'a été constatée entre les PL et les protéines de la MGGL, mais uniquement sur leur localisation d'adsorption au sein des HA. Dans une seconde étude, l'affinité des principales protéines du babeurre, telles que les micelles de caséines (MC), l'α-lactalbumine (α-lac) et la β-lactoglobuline (β-lg) ainsi que de la MGGL a été déterminée individuellement en fonction de changements de paramètre de l'environnement physicochimique (pH, force ionique et température). Il a pu être constaté que la MC possédait la plus grande affinité pour les HA, suivi de l'α-lac et de la β-lg, qui possédaient une affinité semblable pour les HA, et de la MGGL. Ensuite, une étude de l'influence des paramètres physicochimiques sur l'adsorption de chacun de ces composants du babeurre sur la HA a été réalisée. Il a été observé que les changements de pH, de la force ionique et de la température impactaient l'adsorption des MC uniquement. En effet, la MGGL et la β-lg se fixaient totalement, quels que soient les paramètres utilisés, et l'α-lac s'adsorbait à 90% indépendamment des conditions étudiées. La troisième étude visait à valider ces observations obtenues pour chaque composé individuel, mais cette fois-ci en les examinant dans un mélange modèle. Cette fois-ci les modifications des paramètres physicochimiques ont influencé l'adsorption de chaque composé étudié en mélange, entraînant une adsorption prédominante de la MC (90%) et une adsorption minoritaire des protéines du lactosérum (11% de α-lac et 37% de β-lg) et de la MGGL (7%). Il a alors été envisagé de fixer la MC via les HA, permettant ainsi de séparer ultérieurement la MGGL du reste des protéines du babeurre, en exploitant leurs différences de solubilité en fonction du pH. En ajustant les paramètres physicochimiques déterminés sur le mélange modèle, il a été possible de récupérer 90% de la MC présente dans une solution diluée de babeurre par adsorption avec des HA. La MGGL a été ensuite séparée des protéines du lactosérum non-adsorbées aux HA par précipitation sélective. En effet, l'ajustement du pH à environ 4.0, a entraîné la précipitation complète de la MGGL par rapport aux protéines du lactosérum qui sont demeurées majoritairement solubles. Seulement 30% de la β-lg a été co-précipitée avec la MGGL, probablement dû à leur interaction avec la MGGL durant le traitement thermique de pasteurisation de la crème. Ainsi, la majorité de la β-lg (70%) et de l'α-lac (100%), cette dernière étant plus stable thermiquement, ont été récupérée dans la phase soluble. Finalement, cette séquence de procédés (HA et précipitation sélective) a permis d'obtenir trois fractions à partir du babeurre dilué, l'une enrichie en MC, l'autre en MGGL et une dernière en protéines du lactosérum et le reste des composants du babeurre (lactose et minéraux). Cette thèse a apporté de nouvelles connaissances sur l'utilisation des HA pour la séparation des composants protéiques et de la MGGL du babeurre et l'influence de paramètres physicochimiques sur leurs interactions. Les connaissances acquises sur le comportement des protéines du babeurre et de la MGGL avec les particules d'HA combiné à la précipitation sélective de la MGGL ont conduit au développement d'une technique de fractionnement des composants du babeurre, permettant de générer une fraction enrichie en caséines (CN), une autre en protéines du lactosérum, et une fraction de MGGL. Finalement, deux problématiques identifiées dans la littérature ont pu être résolues. La première consistait à parvenir à isoler la MGGL des autres composants du babeurre afin de valoriser ces deux fractions distinctes, à savoir la MGGL et le babeurre délipidé. Le second défi résidait dans la séparation de la MGGL des protéines du lactosérum. Ces nouvelles connaissances permettent d'envisager d'autres applications possibles à partir de la fixation de protéines et PL via les HA pour d'autres fluides laitiers, mais aussi l'utilisation de la précipitation sélective par ajustement du pH pour séparer la MGGL des protéines du lactosérum. / Buttermilk is the co-product obtained from churning cream into butter. As butter consumption continues to rise in Quebec and Canada, significant quantities of buttermilk, produced in the same mass ratios as butter, need to be valorized. Although buttermilk shares a similar composition to skim milk, its technological use is limited due to certain characteristics. Apart from its emulsifying power, its techno-functional properties are often inferior to skim milk. These differences are attributed, among other factors, to the release of milk fat globule membrane (MFGM) fragments into buttermilk during cream churning. However, MFGM contains several high-value compounds, such as phospholipids and membrane proteins, possessing nutritional and health properties. Thus, separating MFGM from buttermilk could yield two fractions: a delipidated fraction usable as skim milk and a lipid-rich fraction containing MFGM phospholipids usable as a bioactive compound. However, separating buttermilk components remains a significant challenge, especially on an industrial scale. This study focuses on implementing a technique for separating buttermilk components using their affinity for an adsorbent, hydroxyapatite (HA). As part of this thesis, an initial study was conducted to determine if it was possible to adsorb MFGM fragments from pasteurized and non-pasteurized cream buttermilk onto HA. This study confirmed that both types of MFGM could interact with HA, with MFGM from pasteurized cream buttermilk showing greater affinity for HA than MFGM from raw cream. Moreover, MFGM proteins tended to adsorb onto the surface of HA, while phospholipids (PL) adsorbed internally. However, they adsorbed in equal proportions and at the same rate, indicating complete adsorption of MFGM fragments initially. Subsequently, aggregation of HA was observed during MFGM adsorption, suggesting that MFGM fragments adsorbed in multilayers on HA surfaces. This aggregation created interparticle spaces where additional MFGM fragments could intercalate. This first part verified that MFGM, composed of proteins and PL, could interact with and adsorb onto HA. Furthermore, no proportion or adsorption rate differences were observed between PL and MFGM proteins, only in their adsorption location within HA. In a second study, the affinities of major buttermilk proteins, such as caseins (CN), α-lac (α-lac), and β-lg (β-lg), and MFGM fragments for HA were individually determined under physicochemical parameters changes (pH, ionic strength, and temperature). It was found that caseins exhibited the highest affinity for HA, followed by α-lac and β-lg, which had similar affinities for HA, and then MFGM. Subsequently, a study on the influence of physicochemical parameters on the adsorption of each buttermilk component onto HA was conducted. Changes in pH, ionic strength, and temperature only affected casein (CN) adsorption. Specifically, MFGM and β-lg adsorbed completely regardless of the parameters, while α-lac adsorbed at 90%, irrespective of the studied conditions. The third study aimed to validate these observations for each component but in a model mixture. This time, changes in physicochemical parameters influenced the adsorption of each component in the mix, resulting in the predominant adsorption of CN (90%) and minor adsorption of whey proteins (11% α-lac and 37% β-lg) and MFGM (7%). It was then proposed to fix the CN via HA, allowing subsequent separation of MFGM from the remaining whey proteins based on their solubility differences at varying pH levels. By adjusting the physicochemical parameters determined in the model mixture, it was possible to recover 90% of the CN in a diluted buttermilk solution through HA adsorption. Subsequently, MFGM was separated from the unadsorbed whey proteins by selective precipitation. Adjusting the pH to approximately 4.0 led to complete MFGM precipitation compared to whey proteins, which remained mostly soluble. Only 30% of β-lg was co-precipitated, attributed to its interaction with MFGM following cream pasteurization. Thus, the majority of β-lg (70%) and α-lac (100%), being more thermally stable, were entirely recovered in the soluble phase. Ultimately, this sequence of processes (HA and selective precipitation) yielded three fractions from diluted buttermilk: one enriched in CN, another in MFGM, and a third in whey proteins and the remaining buttermilk components (lactose and minerals). This thesis project has contributed new insights into the HA-based separation of buttermilk components and the influence of physicochemical parameter changes on their interactions. The knowledge gained regarding the behavior of buttermilk proteins and MFGM with HA particles, combined with selective precipitation of MFGM, has led to the development of a novel and straightforward technique for fractionating buttermilk components, generating fractions enriched in CN, whey proteins, and notably MFGM. This has addressed two identified challenges in the literature: isolating MFGM from other buttermilk components to valorize these distinct fractions (MFGM and delipidated buttermilk), and separating MFGM from whey proteins. These new insights suggest potential applications for fixing proteins and PL via HA for other dairy fluids, as well as using selective precipitation by pH adjustment to separate MFGM from whey proteins.

Le babeurre (BM), co-produit de l'industrie beurrière, se distingue du lait écrémé par sa richesse en phospholipides (PLs) provenant de la membrane de globules de gras (MGGL). Malgré leurs nombreuses activités biologiques, les PLs altèrent les propriétés techno-fonctionnelles du BM en transformation laitière. L'utilisation des procédés baromembranaires pour le fractionnement des PLs du BM afin d'obtenir un ingrédient à haute valeur nutritionnelle est de grand intérêt. Cependant, la taille similaire des fragments de MGGL et des micelles de caséine (CN) complique leur séparation par membrane. Ce projet vise à étudier l'effet des ultra-hautes pressions d'homogénéisation (UHPH) et du pH sur les constituants du BM, afin d'engendrer un gradient de taille suffisant pour leur séparation subséquente. Le BM (pH 6,9) a été ajusté à pH 8,5 et 10,5, puis homogénéisé à 100, 200 et 300 MPa et comparé au lait écrémé (pH 6,7). Les changements de taille des particules ont été suivis par diffraction laser, et les modifications structurales et la distribution des protéines par turbidité et gels d'électrophorèses. Au niveau des échantillons contrôles, une augmentation du diamètre moyen pondéré en volume (D₄,₃) des particules a été observée, passant de 366 nm (pH 6,9) à 747 nm (pH 10,5). D'autre part, les UHPH entraînent une réduction du D₄,₃, jusqu'à 328 nm à pH 10,5. Également, la turbidité diminue significativement avec l'alcalinisation et davantage avec les traitements UHPH. Finalement, les gels d'électrophorèses associés aux résultats de dosage des protéines dans les surnageants démontrent que les UHPH favorisent la dissociation des micelles préalablement déstabilisées par l'alcalinisation alors que peu d'effet a été observé sur les protéines de la MGGL. Des résultats similaires ont été observés avec le lait écrémé, suggérant que l'impact du pH et des UHPH affecte essentiellement la taille des micelles de CN. Les résultats de dosages des PLs dans les échantillons du BM ont montré que l'UHPH au pH initial a contribué à la solubilisation et à la récupération des PLs dans le surnageant, lesquels ont augmenté avec la hausse de la pression sans toutefois engendrer des pertes majeures de protéines de la MGGL. A pH alcalin, une partie des CNs et des protéines de la MGGL ont été récupérées dans le surnageant, indiquant une augmentation de leur solubilité. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux montrent que les UHPH couplés à un ajustement de pH permettent d'envisager la faisabilité du fractionnement des composants du BM par les procédés baromembranaires afin de générer deux fractions à haute valeur ajoutée, soit une fraction bioactive riche en PL de la MGGL et une fraction techno-fonctionnelle délipidée riche en protéines, pouvant être valorisée dans les produits laitiers. / Buttermilk (BM), a by-product of the butter industry, differs from skimmed milk by its high phospholipids (PLs) content from the milk fat globule membrane (MFGM). Despite their numerous biological activities, PLs alter the techno-functional properties of processed dairy BM. Of great interest is the use of baromembrane processes for the fractionation of PLs from BM to obtain an ingredient of high nutritional value. However, the MFGM fragments and casein micelles (CN) have a similar size, complicating their separation by membrane process. This project aims to study the effect of ultra-high pressures homogenization (UHPH) and pH on these constituents to generate a size gradient for their subsequent separation. BM (pH 6.9) was adjusted to pH 8.5 and 10.5, then homogenized at 100, 200, and 300 MPa and compared to skimmed milk (pH 6.7). Particle size changes were followed by laser diffraction, structural changes and protein distribution by turbidity, and electrophoresis gels. At 0 MPa, an increase in mean volume particle diameter (D₄.₃) was observed from 366 nm (pH 6.9) to 747 nm (pH 10.5). On the other hand, UHPH causes a reduction of D₄.₃ to 328 nm at pH 10.5. Also, turbidity decreases drastically with alkalization and with UHPH treatments. Finally, the characterization of the proteins by electrophoresis and the protein assay results in the supernatants demonstrate that the UHPH promotes the dissociation of the already fragilized casein micelles at alkaline pH. In contrast, little effect was observed on the MFGM proteins. Similar results were observed with skimmed milk, suggesting that the impact of pH and UHPH is predominantly on CN micelles. PLs assays on buttermilk samples showed that UHPH at initial pH contributed to the solubilization and recovery of PLs in the supernatant and increased with rising pressure without significant loss of MFGM proteins. While at alkaline pH, CNs and MFGM proteins become very soluble as both were mainly recovered in the supernatant. Our results suggest that UHPH combined with pH adjustment may facilitate buttermilk constituents' fractionation by membrane process. These results open the door for separating a MFGM rich bioactive fraction, and a delipidated techno-functional fraction rich in proteins, which could be incorporated into dairy products.

L’utilisation du babeurre pour la formulation alimentaire est limitée à cause de la capacité de rétention d’eau importante de ses phospholipides. L’objectif de ce projet était de développer une nouvelle approche de valorisation des constituants du babeurre. Ce sous-produit de l’industrie laitière est riche en composants d’intérêts qui ont des propriétés nutritionnelles, santés, et fonctionnelles prometteuses comme les constituants de la membrane de globule de matière grasse (MFGM) et les phospholipides. Les deux principaux procédés de production d’agrégats protéiques laitiers ont été combinés donnant un traitement thermique intensif à pH acide des protéines du lactosérum en présence des constituants du babeurre. Les résultats ont d’abord montré qu’il était possible de substituer différentes proportions de protéines du lactosérum par des protéines du babeurre et que la présence des constituants du babeurre entrainait la formation d’agrégats protéiques variés avec une capacité de rétention d’eau plus faible. Les résultats ont révélé que des agrégats protéiques étaient préformés lors de la préparation des babeurres incluant les protéines du lactosérum, les caséines et les protéines de la MFGM. Les phospholipides sont intégrés aux agrégats par l’intermédiaire de la MFGM à des températures faibles (65°C) alors qu’ils semblent s’associer directement avec les protéines à des températures plus élevées ( 80°C). Par la suite, les agrégats du babeurre agissent à titre de noyau d’agrégation pour les protéines issues du lactosérum. Le type d’interactions formées entre les protéines a un impact significatif sur les propriétés physiques et fonctionnelles des agrégats. En dernier lieu, il a été possible d’utiliser ces agrégats variés pour la production de yaourt ferme. Les agrégats lactosérum:babeurre ont agi à titre d’agent passif plutôt que d’agent actif mais des interactions entre les agrégats et les protéines du lait écrémé ont été observées. Ces associations seraient initiées par les groupements thiols libres des agrégats présents avant le chauffage. Cependant, la mise en solution de la poudre d’agrégats doit être strictement contrôlée. Ce projet propose une nouvelle approche pour l’utilisation du babeurre ainsi qu’une meilleure compréhension du comportement à la chaleur de ses constituants. / The use of buttermilk in food formulation is limited due to the extensive water-holding capacity of its phospholipids. The goal of this project was to develop a new approach for the valorization of buttermilk’s constituents. This by-product is rich in valuable components with promising nutritional, healthy, and functional properties such as the milk fat globule membrane (MFGM) constituents, the phospholipids. The two main processes of production of dairy aggregates have been combined resulting of the intensive heat-denaturation of whey proteins at low pH (4.6) in presence of proteins from buttermilk. First, results showed that it was possible to substitute whey proteins by different levels of buttermilk proteins in the process and that the presence of buttermilk constituents led to the formation of mixed aggregates with new functional properties such as a low water-holding capacity. Results revealed that aggregates are pre-formed during the preparation of the buttermilk concentrates involving whey proteins, casein, and MFGM proteins. Phospholipids are integrated to the aggregates through the MFGM at low temperature (65°C), but seem to directly interact with the proteins at higher temperatures ( 80°C). These pre-formed aggregates from buttermilk can act as aggregation nucleus for the proteins from whey. The types of interactions that occur between the proteins significantly affected the properties of the aggregates such as their water-holding capacity, their size, and the solubility of the powder. Finally, it was possible to use the mixed aggregates in the production of set-type yogurt. Whey:buttermilk aggregates were acting more like a passive than a reactive filler, but some possible interactions with the proteins from the skim milk were observed due to the high concentration of thiol groups of the aggregates before heating. However, the dispersibility of the powder must be strictly controlled. Overall, this project proposed a new approach for the use of buttermilk and allowed a better understanding of the thermal behavior of its constituents.

Malgré une composition très similaire à celle d’un lait écrémé, le babeurre présente une aptitude à la coagulation par la présure inférieure ce qui limite son utilisation en fromagerie. L’étape d’agrégation des micelles de caséine par la présure est notamment gouvernée par des interactions hydrophobes. Or, les composantes issues de la membrane du globule gras du lait (MFGM), retrouvées dans le babeurre, sont reconnues pour leurs propriétés tensioactives. Par conséquent, elles pourraient interférer dans le processus de coagulation du lait. Dans le cadre des travaux de cette thèse, les constituants du babeurre ont été séparés par centrifugation en différentes fractions. La composition de ces fractions a été analysée et leur impact sur la coagulation des micelles de caséines par la présure a été mesuré. Une attention particulière a été portée à la phase d’agrégation des micelles de caséine. Dans le premier travail présenté, la phase soluble du babeurre a été séparée en trois fractions différenciées par leur contenu en protéines et en matières grasses. L’étude de ces trois fractions a permis de conclure que des particules, probablement constituées de fins globules de gras et des fragments membranaires de densité élevée, nuisent à l’agrégation et à la coagulation des micelles de caséine emprésurées. La présence de caséine micellaire résiduelle dans cette phase soluble a toutefois limité l’interprétation de certains résultats. Par conséquent, pour l’étude présentée au chapitre suivant, le citrate de sodium a été utilisé afin de dissocier cette caséine. Des fragments de MFGM ont ensuite été récupérés par ultracentrifugation(100 000 x g). Contrairement aux composantes précédemment isolées, leur impact sur le processus d’agrégation des micelles de caséine emprésurées a été peu important, bien qu’un effet négatif ait été observé sur la coagulation. D’autres expérimentations seront donc nécessaires afin de mieux comprendre le mécanisme d’interférence à la coagulation de ces composantes. En marge de ces études, les propriétés fromagères d’un babeurre ont été comparées à celles d’un concentré de protéines du lactosérum dénaturé (WPC-D). Comparativement à cet ingrédient largement utilisé en fromagerie industrielle, le babeurre utilisé a permis l’obtention de gels plus fermes, plus rapidement, et a limité la rétention d’humidité dans les fromages. La récupération des protéines et des lipides dans les caillés a également été supérieure en présence de babeurre que du WPC-D. L’impact des fractions solubles de ces ingrédients a été évalué et s’est révélé négligeable. Ceci suggère que, dans cette étude, les effets observés du babeurre sont principalement attribuables à son contenu en caséine. La dénaturation thermique du babeurre, du concentré de protéines du lactosérum (WPC) ou d’une combinaison de ces deux produits en condition acide (pH 4.6) a également été testée et a permis d’accroître la rétention protéique dans les fromages, mais le babeurre utilisé seul (traité thermiquement ou non) demeure l’ingrédient permettant la meilleure récupération des constituants tout en limitant le gain d’humidité. En conclusion, la centrifugation du babeurre sous différentes conditions a permis d’obtenir des fractions différenciées et d’évaluer leur impact sur la coagulation des micelles de caséine par la présure et plus particulièrement sur la phase d’agrégation. Certaines composantes de la phase soluble (fins globules et fragments membranaires de haute densité) nuisent à l’agrégation des micelles de caséines emprésurées, alors que des fragments isolés à la suite d'un traitement de dissociation au citrate de sodium interfèrent dans le processus de coagulation via d’autres mécanismes non encore élucidés. Néanmoins, la contribution de la caséine micellaire contenue dans le babeurre dans la formation et les propriétés des gels présure demeure importante, ce qui le distingue d’un WPC dénaturé. / Buttermilk composition is very similar to that of skim milk, but its rennet coagulation ability is inferior, limiting its use in cheesemaking. The casein micelle aggregation step upon renneting is partly governed by hydrophobic interactions. Milk fat globule membrane (MFGM) components are known for their surfactant properties. These components may therefore interfere in rennet coagulation of milk. As part of the work done for this thesis, buttermilk constituents were fractionated using centrifugation. The composition of these fractions was analysed and their impact on rennet coagulation properties of casein micelles was determined. Special attention was accorded to the casein micelles aggregation step. In the first work presented, buttermilk serum phase was separated in three fractions differentiated by their protein and fat contents. The study of these fractions allowed concluding that particles, likely composed of fine fat globules or high density membrane fragments impede with rennet aggregation and coagulation of casein micelles. However, the presence of residual casein micelles in this serum phase limited the interpretation of some results. Consequently, for the second study presented, sodium citrate was used to dissociate these casein micelles. MFGM fragments were then recovered using ultracentrifugation (100,000 x g). In contrary to the components isolated in the first study presented, the impact of these MFGM fragments on rennet aggregation of casein micelles was negligible, despite a negative impact observed on rennet gel formation. More investigations will be needed to fully understand the mechanism underlying this interference to rennet coagulation. In the third study presented, the cheesemaking properties of buttermilk were compared to those of a denatured whey protein concentrate (WPC-D). Compared to this ingredient largely used in industrial cheesemaking, buttermilk allowed to obtain firmer rennet gels, more rapidly, and restrained the moisture retention in cheeses. The protein and fat recovery was also higher with buttermilk compared to WPC-D. The impact of the serum fraction of these ingredients was also evaluated, but it was negligible. This suggests that the impact of buttermilk on cheesemaking was mostly determined by its casein content. The effect of thermal denaturation in acidic condition (pH 4.6) of buttermilk, of whey protein concentrate or of a combination of both ingredients was also tested. The results showed a better protein recovery for all the ingredients and parameters tested. However, buttermilk used alone, heated or not, was the ingredient that allowed the best protein and fat recoveries while limiting moisture pickup. In conclusion, the centrifugation of buttermilk under different conditions allowed obtaining different fractions and evaluating their impact on rennet induced aggregation and coagulation properties of casein micelles. Some components of buttermilk serum phase (fine fat globules and high density MFGM fragments) impede the aggregation of renneted casein micelles. Other fragments isolated following sodium citrate dissociation of the casein micelles interfered with rennet induced coagulation by another mechanism which remains to be elucidated. However, the contribution of buttermilk casein micelles in rennet gel formation and properties remains important which distinguish it from a denatured WPC.

Les composés mineurs de la membrane du globule de gras laitier (milk fat globule membrane, MFGM) ont été associés à diverses activités biologiques. Le babeurre, en raison de son processus d’obtention, est un produit d’origine laitière particulièrement riche en composés de la MFGM. Cette caractéristique explique l’intérêt grandissant porté à ce sous-produit de la fabrication du beurre, quadruplant le nombre d’articles scientifiques lui étant consacré au cours des 20 dernières années (PubMed). La grande majorité des travaux réalisés jusqu’à aujourd’hui au sujet du babeurre visait à fractionner ou encore à concentrer ses différents constituants, principalement ses phospholipides. Par contre, l’impact biologique de l’ensemble des composantes du babeurre, avant et après digestion, reste encore mal connu. Le but de cette recherche était donc d’évaluer l’impact de l’ensemble des constituants du babeurre sur différents facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (CVD). Dans un premier temps, les résultats de cette recherche ont permis de démontrer le potentiel du babeurre frais concentré par microfiltration (MF) à diminuer la solubilité micellaire du cholestérol dans un modèle d’étude in vitro. Ces résultats probants laissaient présager la capacité de certains constituants du babeurre à moduler l’absorption intestinale du cholestérol. Par contre, le fractionnement de ces derniers s’est avéré avoir un impact négatif sur le potentiel d’insolubilisation du cholestérol observé précédemment. Ensuite, les constituants mineurs du babeurre, fort possiblement en raison de ses phospholipides, ont démontré leur capacité à influencer positivement le profil lipidique chez des sujets modérément hypercholestérolémiques lors d’une étude clinique réalisée en chassé-croisé. De plus, lors de cette même étude clinique, la consommation de babeurre, possiblement en résultante de l’action de composantes peptidiques, s’est avérée capable d’abaisser la tension artérielle chez des patients normotendus lorsque comparée à un placebo. Enfin, des peptides issus de l’hydrolyse de babeurre frais (UF) ont démontré un potentiel antioxydant supérieur à ceux obtenus du lactosérum (UF) et du lait écrémé dans un modèle d’étude in vitro. Dans le cadre de l’ensemble des études de ce projet, les différentes activités biologiques se sont avérées peu influencées par l’action des traitements thermiques lorsque les produits subissaient une hydrolyse (p. ex. à la suite de leur consommation). Les résultats de cette étude permettent de mieux comprendre les propriétés bénéfiques du babeurre et ouvrent la voie à une nouvelle utilisation de ce dernier comme ingrédient actif. En effet, ce projet novateur a permis de démontrer le potentiel du babeurre en tant qu’aliment fonctionnel plutôt que comme une source de composés nutraceutiques devant être purifiés ou concentrés. Ainsi, il semble que l’ensemble des constituants du babeurre joue un rôle au niveau des bienfaits observés sur les facteurs de risque de CVD. / The minor components in milk fat globule membrane (MFGM) are associated with various biological activities. Buttermilk, owing to its obtainment process, is a milk product particularly rich in MFGM components. This feature accounts for the growing interest in this by-product of the manufacturing of butter. The number of scientific articles dedicated to it has quadrupled in the past 20 years (PubMed). Until today the vast majority of tasks involving buttermilk aimed at either dividing or concentrating its various components, primarily, phospholipids. However, the biological effects of all the components in buttermilk before and after their digestion remains poorly understood. Therefore, the purpose of this research was to evaluate the impact that buttermilk components have on the different risk factors associated with cardiovascular disease (CVD). Initially, the results of in vitro model study revealed that buttermilk freshly concentrated by microfiltration (MF) has the potential to reduce the micellar solubility of cholesterol. These conclusive results presaged the capacity of certain components in buttermilk to regulate the intestinal absorption of cholesterol. Despite, their division proved to have a negative impact on the potential insolubilization of the cholesterol previously observed. Then, in a clinical crossover analysis, minor components of buttermilk - most likely phospholipids - demonstrated a capacity to positively influence the lipid profiles of moderately hypercholesterolemic subjects. Moreover, during this same study, the consumption of buttermilk compared with a placebo proved capable of lowering blood pressure in some patients, possibly resulting from its peptide components. That is to say that, in an in vitro model study, peptides derived from the hydrolysis of fresh buttermilk (UF) demonstrated antioxidant potential superior to those obtained from whey (UF) and skim milk. Within the framework of all studies on this project, various biological activities proved almost uninfluenced by the action of heat treatment when products were hydrolyzed following their consumption. The results of this study allow for a better understanding of the beneficial properties of buttermilk and pave the way for new uses of it as an active ingredient. Indeed, this innovative project has allowed us to demonstrate the potential of buttermilk as a functional food rather than as a source of ingredients needing to undergo a purification or concentration process. In this way, it seems that all components in buttermilk play a role in the observed benefits on risk factors of CVD.

Le babeurre, coproduit de la fabrication du beurre, est utilisé dans les produits alimentaires pour ses propriétés fonctionnelles émulsifiantes ainsi que son impact positif sur la saveur et la texture. De plus, de nombreuses études ont suggéré les bienfaits du babeurre pour la santé, associées à un large éventail d’activités biologiques, notamment anti-cancéreuse, anti-stress et anticholestérolémique. La forte demande des consommateurs pour des aliments enrichis en nutriments bénéfiques pour la santé, associée au désir d’obtenir des produits comportant de nouvelles caractéristiques, a poussé les chercheurs et l’industrie alimentaire à développer constamment de nouvelles formulations. L’objectif principal de ce projet était de développer des laits fermentés de type yogourt à base de babeurre. Des yogourts ont été fabriqués à partir de deux poudres de babeurre, de babeurre frais et de poudre de lait écrémé (témoin) en utilisant cinq ferments industriels pour un total de vingt traitements. Les différents facteurs qui affectent la qualité des laits fermentés tels que la vitesse d'acidification, le pH, la survie bactérienne, la synérèse, la texture, les composés aromatiques ainsi que les propriétés organoleptiques ont été analysés. Les résultats ont montré que les laits fermentés à base de babeurre sont qualitativement comparables aux laits fermentés témoins et respectent les normes microbiologiques et physico-chimiques. L’analyse sensorielle de ces nouveaux produits a montré une appréciation globale positive et largement équivalente aux laits fermentés de lait écrémé témoins. Tel que décrit par la littérature, nos résultats confirment la présence d’une variabilité de la qualité physico-chimique des babeurres. Par conséquent, les produits finis reflètent aussi cette hétérogénéité. Les produits développés sont très prometteurs, toutefois des recherches complémentaires ou des améliorations des conditions d’entreposage et de traitement des babeurres liquides sont nécessaires pour garantir une qualité constante du babeurre avant son séchage. / Buttermilk has a similar composition to skim milk, but it is distinguished by its content in phospholipids, which gives it some demonstrated technical and health properties. Unfortunately, no food product exclusively made from buttermilk is available on the market. The objective of this project was to develop and characterize the properties of fermented buttermilk of firm yoghurt type. Yoghurts have been made from fresh buttermilk, buttermilk powder and skim milk powder, using five industrial starter cultures. The acidification rates and the various factors that affect the quality of fermented milks such as pH, cell survival, syneresis, texture, aromatic compounds and sensory properties were analyzed. The results showed that the acidification kinetics and the composition of the buttermilk-based fermented milks are comparable to the fermented skim milk yoghurt. Moreover, all the products were compliant with the microbiological and compositional standards/regulation. In addition, buttermilk-based yoghurts exhibited a significantly lower syneresis level than skim milk yoghurts. Sensory analysis of these new products showed a positive overall assessment, at least equivalent to the control yoghurts. The products developed are very promising. However, from the sensory point of view, a great variability in the quality of buttermilk powder was observed. Thus, to ensure the final product quality, special attention should be paid to buttermilk processing and storage conditions prior to its drying.

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.

Le babeurre, sous-produit du beurre, est peu valorisé par l'industrie laitière canadienne. Avec une composition similaire au lait écrémé, il constitue un fort potentiel de valorisation protéique utilisable dans l'industrie de la formulation alimentaire et plus précisément, dans l' industrie fromagère. Parallèlement, son contenu appréciable en fragments de la membrane du globule gras du lait (MGGL ou ± MFGM : Milk Fat Globule Membrane¿) lui confère d' excellentes propriétés fonctionnelles et biologiques. Ces propriétés sont toutefois affectées par les traitements technologiques préalablement appliqués au lait et à la crème. En outre, il a été proposé que la pasteurisation de la crème était responsable de la diminution des propriétés émulsifiantes de la MGGL ainsi que des propriétés fromagères du babeurre. Le but de ce projet était de déterminer l'impact de la pasteurisation haute du lait et de la crème sur la composition minérale du babeurre et protéique de ses fragments de la MGGL. Les résultats ont démontré que l'effet isolé de la pasteurisation de la crème diminue de façon hautement significative (P < 0.0001) les minéraux étudiés (Ca, P, Mg, K, Na) des différents babeurres, alors que l'effet de la pasteurisation du lait cause de plus faibles changements. D'autre part, l'analyse d'images de gels deux dimensions (2-D) a révélé que plusieurs protéines de la MGGL diminuent en intensité suite à une pasteurisation haute industrielle. De manière générale, ces protéines membranaires se retrouvent en plus faibles concentrations à la suite de l'application d'une pasteurisation de la crème. Une meilleure compréhension des changements de composition qui surviennent suite aux traitements de pasteurisation appliqués couramment en industrie permettra de mieux anticiper les applications potentielles du babeurre ou de ses fragments de MGGL en tant qu'ingrédient alimentaire.

Les antibiotiques sont fréquemment utilisés dans l’alimentation de la volaille afin de prévenir certaines maladies, dont l’entérite nécrotique, ce qui occasionne l’émergence de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques. Une alternative prometteuse est l’utilisation de peptides antimicrobiens (AMPs) comme suppléments alimentaires, tels les AMPs provenant des produits laitiers. L’objectif du projet était de développer une méthode de production d’extraits peptidiques à partir de coproduits de la transformation alimentaire (babeurre, lactoferrine, isolat de protéines de pois), afin de tester si ces extraits peptidiques possédaient une activité antimicrobienne sur les pathogènes spécifiques aviaires suivants : Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium, Escherichia coli et Staphylococcus aureus. Les protéines ont été mises en suspension dans l’eau (5% p/p) et hydrolysées par la pepsine, 6 heures, pH de 2.5. Les peptides furent récupérés par ultrafiltration (< 10 kDa), puis fractionnés selon leur charge nette : totaux, cationiques, anioniques et non liés. L’effet antimicrobien a été évalué surmicroplaques, par la survie bactérienne en présence de concentrations croissantes d’extraits peptidiques. Les extraits cationiques de babeurre ont démontré une efficacité à une concentration inférieure ou égale à 5 mg/mL; perte de 3 log pour Escherichia coli O78 :H80. En comparaison, la lactoferrine cationique a été efficace à une concentration inférieure ou égale à 0.6 mg/mL; perte de 6 log pour E. coli O78 :H80. Les extraits peptidiques du pois ont démontré une efficacité faible. Cette méthode s’avère prometteuse pour le développement d’une alternative ou d’un complément pour la réduction de l’utilisation des antibiotiques dans l’alimentation de la volaille. / Antibiotics are frequently used in poultry feed in order to prevent certain diseases, including necrotic enteritis, which causes the emergence of bacterial strains resistant to antibiotics. A promising alternative is the use of antimicrobial peptides (AMPs) as dietary supplements, such as AMPs from dairy products. The objective of this project was to develop a production method for the extraction peptides, from co-produced food processing (buttermilk, lactoferrin, pea protein isolates). These peptides were tested for the detection of antimicrobial activity on the following specific poultry pathogens; Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium, Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Proteins were suspended in water (5% w/w) and pepsin hydrolyzed by pepsin for 6 hours at pH 2.5. Peptides were recovered by ultrafiltration (< 10 kDa) and fractionated based on the basis of their ionic charges: total, cationic, anionic and unbound peptides, to specifically target the fractions with antimicrobial activities. Bacterial survival was measured in contact with different peptides concentrations. Cationic buttermilk extracts were effective at a concentration less or equal to 5 mg / mL; loss of 3 log for Escherichia coli O78: H80, compared with lactoferrin which was effective at a concentration less than or equal to 0.6 mg / mL; loss of 6 log for E. coli O78: H80. The peptide extracts from pea showed low efficiency. The use of antimicrobial peptides, from buttermilk, lactoferrin and peas, is promising for the development of an alternative or a complement to reduce antimicrobial use.

Vanderghem Caroline. (2009). La membrane du globule gras du lait : études physico-chimiques et sa valorisation technofonctionnelle dans les babeurres (Thèse de doctorat en Anglais). Gembloux, Belgique, Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux. 198p., 14 tabl., 59 fig. Résumé La membrane du globule gras du lait (MGGL) est une structure complexe qui enveloppe, protège et délivre des composants bioactifs et des nutriments dune façon efficace au nouveau-né. Sa structure est unique par rapport à dautres systèmes biologiques de transport de lipides. Lobjectif général de ce travail a été de contribuer à augmenter les connaissances et la compréhension de cet émulsifiant naturel. La première partie de cette thèse concerne létude de la structure de la MGGL. Limportance des protéines membranaires concernant la stabilité et leur disposition dans la MGGL ont été étudiés. Les protéines de la MGGL sont présentes en petite quantité dans le lait et une technique de pré-fractionnement simpose afin de les isoler par rapport aux autres protéines du lait (caséines et protéines du lactosérum). Une technique dextraction qui a été développée dans notre laboratoire a été testée afin disoler la MGGL de la crème laitière. Une analyse détaillée a révélé que cette procédure est très bien adaptée pour lélimination dun maximum de protéines du lait écrémé. Une approche protéomique a été établie et a permis lidentification de protéines majeures de la MFGM ainsi que dautres protéines mineures (GTP-binding proteins, annexins, actin) afin de compléter le protéome. Par la suite, différentes protéases ont été testées en vue dobtenir différents degrés et/ou sélectivité dhydrolyse des protéines de la MGGL. La distribution asymétrique des protéines de la MGGL a été étudiée par une approche basée sur lattaque protéolytique du globule gras natif. Sur base de nos résultats et des données bibliographiques récentes, un nouveau modèle de la structure de la MGGL est proposé. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à évaluer les propriétés technofonctionnelles de la MGGL dans les babeurres. Les propriétés interfaciales, moussantes et émulsifiantes du babeurre sont comparées à dautres ingrédients laitiers comme le lait écrémé et le concentré protéique de lactosérum. Nos résultats montrent le bon pouvoir émulsifiant du babeurre en comparaison des autres ingrédients laitiers. Dans les émulsions recombinées, la stabilité envers le crémage a été améliorée et les membranes ont présenté une meilleure résistance face à la coalescence. Les résultats sur la tension interfaciale et les propriétés rhéologiques interfaciales ont été mis en relation avec certaines propriétés des mousses et des émulsions. Vanderghem Caroline. (2009). The milk fat globule membrane: physico-chemical studies and its techno-functional valorisation in buttermilk (Thèse de doctorat). Gembloux, Belgium, Gembloux Agricultural University, 198p., 14 tabl., 59 fig. Summary The milk fat globule membrane (MFGM) is a complex structure that surrounds, protects and delivers bioactive compounds and nutrients in an efficient manner to the neonate. Its structure is unique in relation with any other biological lipid transport system. The overall aim of this work was to contribute to increase the knowledge and comprehension of this natural emulsifier. The first part of this thesis concerned the study of the structure of the MFGM. Membrane proteins were targeted and their importance regarding stability and disposition in the MFGM was studied. MFGM proteins are present at low concentrations in milk and a pre-fractionation of the sample is required in order of MFGM proteins to be visible among other milk proteins (caseins and whey proteins). A mild procedure developed in our laboratory was tested in order to isolate MFGM from cream. Detailed analysis revealed that this procedure is very well suited for the elimination of a maximum of skim milk proteins. A proteomic approach was established and allowed the identification of the most important MFGM proteins and additional minor MFGM proteins for additional completion of the proteome (GTP-binding proteins, annexins, actin). Subsequently, different proteases were screened in an attempt to obtain different degrees and/or selective proteolysis of MFGM proteins. Asymmetric arrangement of MFGM proteins was studied with an approach based on the proteolytic attack on the native fat globule. Based on our results and recent bibliographic data, an updated model of the MFGM structure was proposed. The second part of this thesis was devoted to assess the techno-functional properties of the MFGM in buttermilks. Interfacial, foaming and emulsifying properties of buttermilk were assessed and compared to classic milk ingredients such as skim milk and whey protein concentrate. Our results highlighted that buttermilk possesses good emulsifying power compared to other milk ingredients. In buttermilk recombined emulsions stability towards creaming was improved and the recombined membrane presented a great resistance to coalescence. Results of the interfacial pressure and the interfacial rheological properties were related to some foams and emulsions properties.