Les carraghénanes (Car) sont des polysaccharides linéaires sulfatés extraits d’algues rouges et sont très utilisés en tant qu’épaississants et gélifiant en industrie. Les rendements d’extraction ainsi que les propriétés physicochimiques de Car extraits de différentes espèces cultivées dans la baie de Cam Ranh au Vietnam ont été déterminés. Pour les variantes kappa et iota, les propriétés rhéologiques et de la microstructure en solution seuls ou en mélange à différentes concentrations en présence de CaCl2 ou de KCl. Leurs mélanges présentent une gélification thermique en deux étapes qui correspondent chacune aux gélifications du kappa et iota seuls. Cependant, pour les mélanges, l’élasticité du gel est nettement supérieure à la somme de celle des Car seuls. Des mesures en microscopie confocale et de turbidimétrie ont démontré que les gels obtenus avec le kappa étaient toujours plus turbides que ceux avec l’iota mais étaient moins turbides dans les mélanges. Au vus des résultats, un mécanisme de séparation de phase microscopique entre les deux Car semble très peu probable. Des mesures de FRAP (Recouvrance de Fluorescence Après Photo-blanchiment) ont permis de sonder la mobilité des chaînes de Car dans les gels pour les systèmes individuels ou les mélange. Dans tous les cas, il a été observée qu’une fraction des chaînes de Car reste mobile dans les gels. Cette fraction mobile varie de 25% à 75% selon le type de Car et le type/concentration en sel. Cette fraction n’est pas corrélée à la dureté du gel quelles que soient les conditions opératoires. De plus, il a été démontré que les chaines relarguées sont plus petites que la moyenne de l’échantillon initial. / Carrageenan (Car) is a polysaccharide extracted from red algae and is widely used as thickener, stabilizer and gelling agent in various products. Properties of Car extracted from different algae species cultured at Cam Ranh Bay in Vietnam were characterized. Kappa car extracted from K. alvarezii and iota Car from E.denticulatum were selected to study the rheological properties and the microstructure of individual and mixed car solutions in presence of CaCl2 and KCl. Mixtures showed a two-step gelation process with gelation temperatures that coincided with those of corresponding individual kappa and iota Car solutions. However, the stiffness of the mixed gels was much higher than the sum of the corresponding individual gels. Confocal laser scanning microscopy and turbidity measurements showed that the kappa Car gel was always more heterogeneous than the iota Car gel, but less in the mixture than in the individual system. The results show that microphase separation of iota and kappa Car in mixed gels is highly unlikely.The mobility of Car chains in individual gels of kappa and iota Car and their mixtures was determined using fluorescence recovery after photobleaching. Slow recovery was observed for the gels showing that a fraction of the Car chains remained mobile. The fraction of mobile chains in the gels varied between 25% and 75% depending on the type of Car and the type and concentration of salt. The fraction of mobile chains in gels was not correlated to the gel stiffness. These results were confirmed by the release of Car from gel fragments into excess solvent. It was found that released Car chains were smaller than the average size of the initial Car sample.

Les produits laitiers d’aujourd’hui contiennent souvent des polysaccharides qui permettent de les texturer et de les stabiliser. La compréhension et le contrôle de ces mélanges sont essentiels pour la fabrication et le développement de nouveaux produits. Le carraghénane est un polysaccharide sulfaté provenant des algues. Il existe principalement trois types de carraghénanes : le λ-carraghénane, le κ-carraghénane (KC) et l’ τ-carraghénane (IC). Les deux derniers sont ceux utilisés pour notre étude. Le KC et l’IC présentent une transition pelote-hélice en dessous d’une température critique qui dépend du type et de la concentration de cations. Dans la conformation hélice, les chaînes peuvent s’agréger, puis gélifier. La caséine est la protéine majoritaire du lait. Dans le lait, elle est présente sous forme d’un complexe stabilisé par le phosphate de calcium colloïdal (CCP). Le caséinate de sodium (SC) est obtenu à partir de la caséine native en enlevant le CCP par acidification, puis par addition de soude. Dans l’eau, les particules de SC ont un rayon de 11nm et sont constituées d’environ 15 molécules de caséines. Les mêmes particules peuvent être formées par chélation du CCP par le triphosphate de sodium. Elles sont alors appelées submicelles de caséines. Le projet de cette thèse vise à approfondir les connaissances sur la nature des interactions dans les systèmes mixtes caséinates/carraghénane. Ce mélange est un modèle pour certains produits laitiers. Les principaux résultats de cette étude sont les suivants : Etude des mélanges de SC et de KC sous forme pelote. Nous avons établi un diagramme de phase à l’aide de la microscopie confocale à balayage laser (MCBL), de la spectroscopie UV et de la rhéologie. Deux domaines ont été définis : un domaine biphasique aux fortes concentrations de SC où la séparation de phase est ségrégative et un domaine monophasique aux faibles concentrations des deux composés. Dans les mélanges monophasiques ou biphasiques, nous avons observé des agrégats riches en protéines qui sont irréversibles. Ces agrégats contiennent très peu de carraghénane et ont un impact sur la viscosité du mélange. La teneur en protéine dans ces agrégats augmente linéairement avec l’augmentation de la concentration de KC mais est indépendante de la concentration de SC. Cette fraction est également influencée par le pH et la force ionique. Gélification des mélanges monophasiques de SC et de KC. Les caséines n’influencent pas la température critique de gélification, mais augmentent la température critique de fonte ainsi que le module du gel. Nous avons montré que le système forme un gel mixte. Ce gel mixte contient deux types de liaisons : des liaisons entre SC-KC et des liaisons entre KC-KC purs. La compétition entre ces deux types d’interactions dépend de la force ionique et de la nature du sel. Etude comparative des SC et des submicelles de caséines. On n’observe aucune différence entre les deux systèmes, à part la diminution de la température critique de gélification due au triphosphate de sodium. Etude comparative de KC et d’IC en présence de SC. La séparation de phase ségrégative des mélanges d’IC est déplacée vers les hautes concentrations de SC. Le pourcentage d’agrégats dans le mélange est négligeable. On observe également la présence d’un gel mixte, mais de module plus faible. En conclusion, cette thèse a permis de mieux comprendre le comportement complexe des carraghénanes dans les suspensions de caséines, ce qui devrait permettre le développement plus rationnel de certains produits laitiers. / The carrageenan is a sulphated polysaccharide extracted from red algae. In a acqueous solution carrageenan change its conformation when we cool from a coil to a helix, this coil-helix transition is thermoreversible. In generally, Helical carrageenan aggregates and can form a gel. Rheology shows that carrageenan forms gel during cooling at a critical gelation temperature Tc and that upon heating, the gel melts at a critical melting temperature Th. These critical temperatures depend on the nature and the concentration of kations that are present in the solution, but not on the carrageenan concentration. The shear modulus depends both on nature and concentration of salt and on the carrageenan concentration. Casein is the major milk protein component and consist of 4 kinds of casein molecules: alpha s1, alpha s2, beta and kappa casein. In milk, the caseins form a large complex with a size of about 200nm. This complex is stabilized by colloidal calcium phosphate. SC (sodium caséinate) can be prepare by precipitation of casein micelles at pH 4, washing the precipitate to remove the colloidal calcium phosphate and returning to pH 7 by adding NaOH. The SC is present in water in the form of small particles with a radius of about 11 nm that contain approximately 15 casein molecules. The objective of this work is to study the structure and mechanical properties of SC/carrageenan (kappa carrageenan (KC) and iota carrageenan (IC)) mixtures and to better understand the nature of the interaction between them. mixtures of KC and SC show a segregative phase separation at high concentrations of either. Cluster containing mostly SC and little KC are formed by association between KC and SC. With time, the clusters flocculate and precipitate, but they can be redisperse in solution by heating and shaking. The fraction of protein in the clusters depends on the pH, the ionic strength and the KC concentration, but very little on the protein concentration. During cooling, SC associates with helical KC and forms a mixed network. These mixed gels have two types of crosslinks: links between protein free KC chain sections and links involving of proteins. The break up of these two types of bonds can be seen during the melting process depending on the relative amounts of SC and KC. The gel strength depends on the KC and SC concentration and also the type and the concentration of salt. Mixtures of τ-carrageenan (IC) and sodium caseinate (SC) were investigated and the results are compared with a similar study of mixture of κ-carrageenan (KC) and SC. Segregative phase separation was observed at high biopolymer concentrations and the binodal was determined. At low IC concentrations SC formed aggregates involving a very small amount of IC that were characterized with light scattering. The influence of adding SC on the gelation of IC during cooling and the shear modulus of the gels, was studied in the presence of NaCl or KCl. The main conclusion of this work is that SC binds to both IC and KC, in the coil conformation as well as in the helix conformation, but that its effect on the rheology is much weaker for IC than for KC.

La combinaison d'entités organiques et inorganiques au sein d'une même phase a pour but de créer des matériaux à propriétés spécifiques, issues de la synergie entre les propriétés des sous-réseaux individuels. Cette combinaison constitue la majeure partie de mon mémoire de thèse qui décrit différentes voies de synthèse de microsphères hybrides carraghénane/silice, soit à partir de carraghénnanes seuls, soit à partir de microsphères revêtues d'une couche de polymère polycationique (Poly-L-lysine). Différents paramètres ont été testés : nature du précurseur silicique, rapport précurseur/eau, pH, catalyseur. Les résultats montrent qu'il est possible d'obtenir des morphologies différentes (microsphères pleines, système core-shell) et avec des textures variant selon les conditions de synthèse. Les caractéristiques morphologiques, texturales et structurales des microsphères avant et après calcination à 550°C, sont déterminées par microscopie à balayage électronique, analyse thermogravimétrique, microscopie optique à fluorescence confocale, microanalyse électronique par rayon X (EDX) et aussi par adsorption d'azote Nous permettant de suggérer le mode de formation de ces matériaux.

Les protéines et les polysaccharides constituent avec les lipides les principaux ingrédients de l’alimentation et lui confèrent à la fois ses propriétés de nutrition et de texture. Une tendance actuelle de l’industrie agroalimentaire est d’élaborer des aliments plus sains c'est-à-dire moins gras et moins salés. A ce titre, les polysaccharides sont des agents detexturation efficaces lorsqu’ils sont utilisés seuls ou en combinaison avec des protéines. Le développement de nouveaux produits alimentaires nécessite donc de rationaliser et mieux comprendre les propriétés physico-chimiques des solutions et des gels mixtes à base de protéines et de polysaccharides. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié des mélanges de protéines globulaires (la β-lactoglobuline: β-lac) et de polysaccharide (le κ-carraghénane: κ-carr). Ce dernier provient d’algues et, en solution, il conduit à des gels au dessous d’une température critique qui dépend de la nature du sel ajouté. Le κ-carr est un additif important dans l’industrie alimentaire et plus particulièrement comme texturants des produits laitiers. Il est donc essentiel de comprendre les interactions qu’il développe avec les protéines du lait comme la β-lac.L’objectif de ce travail est d’étudier la structure et les propriétés mécaniques d’agrégats ou de gels de β-lac mélangés avec du κ-carr et d’étudier leur influence sur la gélification de ce dernier. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la sensibilité des mélanges aux ions calcium. Des agrégats protéiques ont été formés soit indépendamment puis mélangés au κ-carr soit directement in situ en dénaturant thermiquement des mélanges κ-carr/β-lac native. Les deuxméthodes de préparation ont été comparées pour des compositions constantes des mélanges. La diffusion de la lumière, la rhéologie et la microscopie laser confocale ont été mises en oeuvre pour étudier la texture des mélanges.La taille et la morphologie des agrégats protéiques dépendent fortement de la concentration en ions calcium ajoutés qui se lient spécifiquement aux protéines. Nous avons montré que les très grands agrégats protéiques formés en présence de calcium conduisent à une microséparation de phase quand ils sont mélangés avec du κ-carr même à très faible concentration. Ainsi, la structure des systèmes mixtes est très sensible à la quantité de calcium en présence. Lesagrégats protéiques renforcent les gels de κ-carr formés en présence de potassium tout comme l’ajout de calcium. Ce renforcement dans le cas des agrégats protéiques est dû au transfert des ions calcium de la β-lac vers le κ-carr. De plus, nous avons montré que la gélification du β-carr induite par des ions potassium continuait à avoir lieu en refroidissantdes mélanges κ-carr/β-lac où cette dernière est dénaturée in situ. Cela conduit à des réseaux interpénétrés qui sont plus forts mécaniquement que la somme des deux réseaux pris individuellement. En conclusion, nous avons montré que la compétition entre la β-lac et le κ-carr pour les ions calcium était le paramètre de contrôle des propriétés texturales desgels mixtes. / Protein and polysaccharide are together with lipids the main ingredients of food and procure both nutrition and texture. A recent tendency in the food industry is to develop more healthy products that contain less fat and salt. The addition of polysaccharides is recognized as a good way to control the texture of food products. The texture of many food products is determined by gelation of either the proteins or the polysaccharides, or both. When both are present, gelation of the protein or the polysaccharide will be influenced by the presence of the other type. Understanding of the physical chemical properties of aqueous solutions and gels containing protein and polysaccharides by themselves and in mixtures is needed for a rational development of novel food products. This thesis describes an investigation of mixtures of the globular protein β-lactoglobulin (β-lg) and the polysaccharide κ-carrageenan (κ-car). κ-car is a polysaccharide isolated from algae that is often used as an additive in food industry. In solution it forms a gel below a critical temperature that depends on the amount and the type of salt. Addition of κ-car can improve the smoothness, creaminess, and body of food products and is often usedmodify the texture of dairy products. Therefore it is important to understand the interaction of κ-car with milk proteins such as β-lg, which is the main protein component of whey. The objective of the present investigation was to study the structure andthe mechanical properties of β-lg aggregates or gels when mixed with κ-car and to study the influence of the former on the gelation of κ-car. The focus was on the sensitivity of the system to calcium ions Protein particles were either formed separately and subsequently mixed with κ-car or formed directly in mixtures of κ-car and native β-lg by heating. The two different methods of preparation were compared with the same composition of polymers. The research presented in this thesis is essentially experimental using scattering techniques and confocal laser scanning microscopy to study the structure and shear rheology to study the dynamic mechanical properties.The size and morphology of protein aggregates formed by heating β-lg is strongly dependent on the concentration of Ca2+ that binds specifically to the proteins. It is shown that larger aggregates formed in the presence of Ca2+ micro-phase separate already at low κ-car concentrations. Therefore the structure of mixed systems is extremely sensitive to the amount of Ca2+ present in the system. The presence of protein aggregates was found to reinforce potassium induced κ-car gels, but it was also found that addition of CaCl2 strengthens potassium induced pure κ-car gels. We show that the reinforcement by addition of protein aggregates is caused by the transfer of a fraction of Ca2+ from β-lg to κ-car. It was shown that potassium induced gelation of κ-car also occurs during cooling heat-set β-lg gels formed in mixtures at higher protein concentrations leading to interpenetrated networks that are stronger than the sum of the individual networks. Themain conclusion of the investigation reported here is that the competition of κ-car and β-lg for calcium ions determines both the structure and the mechanical properties of the mixed systems.