La pré-concentration du lait par osmose inverse (OI) avant la fabrication fromagère présente plusieurs avantages en termes d’éco-efficience, dont l’obtention d’un perméat à faible charge polluante réutilisable comme eau de procédé et la réduction des coûts et gaz à effet de serre (GES) liés au transport du lait. Les fortes teneurs en lactose et minéraux des concentrés OI diminuent toutefois leur aptitude à la transformation fromagère, ce qui nécessite une correction des propriétés physicochimiques avant la coagulation. L’objectif du projet était d’optimiser l’utilisation des concentrés d’OI à différentes concentrations (5% à 11% de protéines) par l’ajustement du pH d’emprésurage. La cinétique de coagulation par la présure, la répartition des protéines et minéraux entre les phases soluble et colloïdale et la fabrication fromagère ont été étudiées sur des concentrés OI en comparaison à des concentrés d’ultrafiltration (UF). Les résultats ont montré qu’une augmentation de la concentration par OI induisait un ralentissement du mécanisme de coagulation, caractérisé par l’augmentation du temps de coagulation et de la vitesse de raffermissement du gel, laquelle plafonnait à des teneurs protéiques supérieures à 9%. La concentration par OI favorisait l’augmentation du calcium micellaire en comparaison avec les témoins d’UF. En fabrication fromagère, une hausse de la concentration par OI était associée à une augmentation du rendement, de l’humidité et de la composition en lactose des fromages. La diminution du pH d’emprésurage s’est avérée un important levier pour corriger les concentrés OI en favorisant une déminéralisation partielle des micelles de caséine et un meilleur égouttage des fromages, ainsi qu’en accélérant la coagulation. Les résultats obtenus ont démontré que les altérations physicochimiques augmentaient avec la concentration par OI et que l’acidification avant emprésurage s’avérait une étape essentielle. Des combinaisons pH-concentration qui facilitent l’utilisation des concentrés OI en fromagerie ont été ciblées après comparaison avec les concentrés UF. / Pre-concentration of cheese milk by reverse osmosis (RO) has several advantages, including obtaining a low-pollutant permeate reusable as process water and reducing costs as well as greenhouse gas (GHG) emissions related to milk transportation. However, high levels of lactose and salts content in RO concentrates impair their cheesemaking abilities. A correction of their physicochemical properties before coagulation is therefore needed. The objective of this work was to optimize the use of RO concentrates at different concentrations (5% to 11% protein content) for cheesemaking by renneting pH adjustment. Rennet-induced coagulation kinetics, salt partitioning and cheesemaking properties were compared to ultrafiltration (UF) concentrates. Results showed that concentration by RO induced an increase regarding the coagulation time and the maximal firming rate of the gel that reached a plateau at 9% protein content. Significant increases of micellar calcium as well as in yield, moisture and lactose content of cheese were also observed. Lowering the renneting pH was found to improve the cheesemaking properties of RO concentrates by promoting partial demineralisation of casein micelles, accelerating the coagulation kinetics and increasing curd drainage. The results obtained in this study demonstrated that physicochemical alterations increased with RO concentration and that acidification before renneting was an essential step. The data obtained makes it possible to target the concentration-pH combinations that improve the use of RO concentrates in cheesemaking in comparison to UF concentrates

L’homogénéisation est un traitement mécanique qui par ses effets de cavitation, turbulence et cisaillement, modifie les propriétés des globules gras (GG) et si appliqué à de hautes pressions, diminue la taille des micelles de caséine. Ce projet visait à déterminer les effets de l’homogénéisation d’une portion de la matière grasse (MG) et de l’homogénéisation haute pression de la fraction maigre sur les aptitudes à la transformation fromagère du lait. La MG laitière a été homogénéisée avant d’être utilisée en fabrication fromagère. L’homogénéisation a provoqué une diminution de la taille des GG et une augmentation de la charge protéique interfaciale. Toutefois, ces effets étaient moins marqués lorsque la teneur en gras était plus élevée au moment de l’homogénéisation. Les laits fromagers ont été standardisés avec des proportions de gras homogénéisé variant de 0 à 100%. Le module d’élasticité du caillé, 60 minutes après l’emprésurage, a augmenté avec la proportion de gras homogénéisé. De plus, l’humidité des fromages et la rétention lipidique ont également augmenté avec la proportion de gras homogénéisé. Cette étude propose de nouveaux leviers technologiques pouvant améliorer les rendements et contrôler la composition des fromages. Du lait écrémé cru a été homogénéisé à quatre pressions différentes (0, 50, 100, 150 MPa) avec un ou trois passages dans la valve d’homogénéisation. Les laits homogénéisés ont été caractérisés et les propriétés fromagères ont été mesurées. La taille et le potentiel zêta des micelles de caséine ont diminué proportionnellement à la pression d’homogénéisation. Malgré ces effets sur les propriétés structurales des micelles de caséine, l’homogénéisation du lait écrémé n’a pas modifié ses aptitudes à la transformation fromagère. Cette conclusion s’applique toutefois à des pressions d’homogénéisation inférieures à 150 MPa et il serait pertinent d’évaluer l’impact de traitements plus sévères. / Homogenization is a mechanical treatment which by its effects of cavitation, turbulence and shear, modifies the properties of milk fat globules (MFG) and if applied at high pressures, decreases the size of casein micelles. This project aimed to determine the effects of the homogenization of a portion of the fat and of the high-pressure homogenization of the skim fraction on the cheesemaking properties of milk. The milk fat was homogenized before being used in cheese making. The homogenization caused a reduction in the size of the MFG and an increase in the protein load. However, these effects were less pronounced when the fat content was higher at the time of homogenization. The cheese milks were standardized with proportions of homogenized fat varying from 0 to 100%. The storage modulus of the curd, 60 minutes after renneting, increased with the proportion of homogenized fat. In addition, cheese moisture and lipid retention also increased with the proportion of homogenized fat. This study proposes new technological approaches that can improve yields and control the composition of cheeses. Raw skim milk was homogenized at four different pressures (0, 50, 100, 150 MPa) with one or three passes in the homogenization valve. The homogenized milks were characterized and the cheese properties were measured. The size and zeta potential of the casein micelles decreased with decreasing the homogenization pressure. Despite these effects on the structural properties of the casein micelles, the homogenization of the skim milk did not alter its cheese processing properties. This conclusion, however, applies to homogenization pressures of less than 150 MPa and it would be pertinent to evaluate the impact of more severe treatments.

La vitamine D joue un rôle métabolique important au niveau de l’absorption du calcium et du phosphore. Or, selon une étude récente, 10 % des Canadiens souffrent d’une carence en vitamine D et 32 % ont des niveaux jugés inadéquats pour le maintien d’une bonne santé osseuse. Au Canada, de par sa fortification obligatoire, le lait de consommation est une bonne source de vitamine D. Cependant, comme sa consommation est en constante diminution, d’autres sources de vitamine D, tels que les fromages, permettraient de combler les besoins nutritionnels des Canadiens. Afin de réduire la perte de vitamine D dans le lactosérum durant la production fromagère, des fromages de type Cheddar ont été fabriqués à partir de laits concentrés par ultrafiltration. Ce processus a permis de réduire la quantité de lactosérum produit lors des fabrications fromagères et par conséquent, a augmenté la rétention de la vitamine D dans les fromages. / Vitamin D plays an important metabolic role in the absorption of calcium and phosphorus. However, according to a recent study, 10 % of Canadians are deficient in vitamin D and 32 % having levels considered inadequate to maintain a good bone health. In Canada, due to its regulation, milk is a good source of vitamin D. However, as milk consumption is decreasing continuously, other sources of vitamin D, such as cheeses, would fulfill the nutritional needs of Canadians. To reduce the loss of vitamin D in whey during cheesemaking, Cheddar cheeses were manufactured from milk concentrated by ultrafiltration. This process allowed the reduction of the amount of whey produced during cheese manufacturing and consequently improved the vitamin D retention in the cheese.

La fabrication du Cheddar repose sur plusieurs facteurs, le choix du ferment est l’un des plus déterminants pour la formation du caillé. Les ferments utilisés peuvent être des mélanges de souches, qui n’ont pas toutes les mêmes performances, ce qui entrainent une grande variation dans la qualité du fromage obtenu. L’objectif de cette étude est d’examiner chez 19 souches de Lactococcus lactis ssp. cremoris, certaines caractéristiques d’intérêt technologique tel que l’acidification, la protéolyse et l’autolyse afin d’évaluer leur potentiel pour un éventuel usage dans des ferments dans le but d’optimiser la qualité du fromage avec des caractéristiques constantes. Le test de Pearce est utilisé pour se rapprocher le plus des conditions fromagères. À la suite de ce test, les activités enzymatiques (protéolytique et autolytique) ont été mesurées. L’activité autolytique varie de 424 mU/ml pour la souche 73 à 47 mU/ml pour la souche 83. Pour l’activité protéolytique, on a utilisé deux substrats, MS-Arg et S-Glu. Deux souches (SK11 et E2) se sont distinguées par une activité S-Glu (2,81 et 4,40 mU/ml) plus élevée que Ms-Arg (0 et 0,55mU/ml) dans un tampon sans le NaCl, alors que pour les autres souches, l’activité d’hydrolyse de Ms-Arg était supérieure. La souche E2 a la meilleure activité PepN (14,43 mU/ml) alors que ce sont les souches 83 et E2 qui ont la plus forte activité PepX (40,01 et 20,29 mU/ml). En se basant sur ces résultats, 12 ferments constitués de 3 souches ont été formulés. Les paramètres recherchés pour avoir un ferment considéré comme idéal sont une production d'acide lactique rapide, une activité peptidasique sans génération d'amertume et une capacité d'autolyse dans le fromage. Dans cette étude, une méthode simple et rapide est utilisèe pour caractériser les activités enzymatiques des souches, qui pourrait être utilisée par l’industrie et les résultats obtenus pourraient servir à l’élaboration de nouveaux ferments. / The manufacture of Cheddar is based on several factors; the choice of the ferment is one of the most determining factors for the formation of the curd. The ferments used may be mixtures of strains, which do not all have the same performance, which results in a large variation in the quality of the cheese obtained. The objective of this study was to examine 19 strains of Lactococcus lactis ssp. cremoris, certain characteristics of technological interest such as acidification, proteolysis and autolysis in order to evaluate their potential for eventual use in ferments in order to optimize the quality of the cheese with constant characteristics. The Pearce test is used to get closer to cheese conditions by following a temperature diagram specific to the manufacture of Cheddar. Following this test, enzymatic activities (proteolytic and autolytic) were measured. Autolytic activity varies from 424 mU / ml for strain 73 to 47 mU / ml for strain 83. For proteolytic activity, two substrates, MS-Arg and S-Glu, were used. Two strains (SK11 and E2) were distinguished by higher S-Glu activity (2.81 and 4.40 mU / ml) than Ms-Arg (0 and 0.55 mU / ml) in buffer without NaCl, whereas for the other strains the Ms-Arg hydrolysis activity was greater. The E2 strain has the best PepN activity (14.43 mU / ml) whereas strains 83 and E2 have the highest PepX activity (40.01 and 20.29 mU / ml). Based on these results, 12 ferments consisting of 3 strains were formulated. The desired parameters for a ferment considered as ideal are a rapid lactic acid production, a peptidase activity without generation of bitterness and an autolysis capacity in the cheese. In this study, a simple and rapid method was used to characterize the enzymatic activities of the strains, which could be used by the industry and the results obtained, could be used to develop new ferments.

Les eaux blanches issues du rinçage à l’eau des équipements utilisés en industries laitières présentent un potentiel de valorisation en lien avec leur teneur en solides du lait permettant ainsi de diminuer les impacts environnementaux et économiques liés à la gestion des effluents laitiers. Plus spécifiquement, les eaux blanches, utilisées dans le cadre de ce projet ont été générées à la suite du rinçage d’un pasteurisateur, avaient une composition similaire à celle du lait dilué. De ce fait, dans une optique de récupération et de réutilisation de ces eaux blanches, l’osmose inverse (OI) a été choisie comme technologie permettant de produire un concentré de solides du lait réutilisable en production fromagère (rétentat) et de l’eau de procédé (perméat). Ainsi, les différents lots d’eaux blanches provenant de deux usines de transformation du lait(usines A et B) ont été concentrés par OI à 50 °C. Ces eaux blanches ont tout d’abord été caractérisées pour leur composition physico-chimique et microbiologique. Par la suite, l’évolution de la charge et des genres bactériens composant les eaux blanches et les concentrés, a été déterminée par approche méta-taxinomique à la suite des étapes de concentration et de recirculation des eaux blanches par OI à 50 °C pendant 20 h. Finalement, le potentiel de valorisation des eaux blanches a été évalué lors de la production de fromages modèles pour lesquels différentes proportions de concentrés d’eaux blanches intégrées dans le mélange de lait fromager ont été étudiés. De même, l'impact économique de la mise en œuvre d'un système d'OI dans une usine laitière permettant de régénérer des concentrés d’eaux blanches a été estimé. Les résultats ont montré que le profil bactérien des eaux blanches était différent en fonction de l’environnement de l’usine et des séquences de nettoyage en place (CIP) mises en place. Plus spécifiquement, les bactéries psychrotrophes étaient dominantes dans les eaux blanches générées par l’usine A et les thermophiles dans celles générées par l’usine B. La composition microbiologique des eaux blanches limitait leur réutilisation après 10 heures pour l'usine Aet 5 heures pour l'usine B de recirculation par OI à 50 °C, afin d'éviter la croissance de bactéries sporulées thermorésistantes. En parallèle, nous avons démontré que l'utilisation d'eaux blanches concentrées et pasteurisées en production fromagère augmente le rendement et l'humidité des fromages modèles. Cependant, la substitution de plus de 50 % de la quantité de lait de fromagerie par des concentrés d'eaux blanches pasteurisés a ralentie la cinétique de coagulation de caillés. L'humidité excessive des fromages élaborés à partir de concentrés d'eaux blanches, a été corrélée à une modification de l'équilibre soluble-colloïdal des minéraux et des protéines, notamment ceux du calcium et des caséines. Finalement, et selon l’étude économique réalisée, une usine laitière devra générer un minimum de 200 m³ d'eaux blanches par jour contenant 0,5 % de solides totaux pour que l’investissement lié à l’achat et à l’utilisation d’un système d’OI pour la concentration d’eaux blanches destinée à la fabrication fromagère soit rentabilisé au bout de six mois. / White wastewaters (WW) generated after the first hydraulic flush of dairy equipment have the potential to be use in dairy processing for the valorization of their milk solids content which could have environmental and economic benefits for dairy effluent management. More specifically, WWs used in this project were generated after the rinsing of pasteurizers and had a composition similar to that of diluted milk. Therefore, to recover and reuse these WW,reverse osmosis (RO) was chosen as a suitable technology to generate concentrates of milk solids (retentate) for cheese production and process water (permeate).Thus, different batches of WW generated from two dairy processing plants (plants A and B) were concentrated by RO at 50°C. These WW were first characterized for their physicochemical and microbiological compositions. Subsequently, the evolution of the bacterial load and genera in these WW was determined by metabarcoding after the concentration and recirculation steps by RO for 20h. Finally, the potential for the valorization of these WW was evaluated by the production of model cheeses for which different proportions of WW concentrates were added to the cheese milk mixture. The economic impact of implementing a RO system in a dairy plant to regenerate WW concentrates was also estimated. The results showed that the bacterial profile of WW was different depending on the bacterial environment of the plant and the cleaning in place (CIP) applied procedure. More specifically, psychrotrophic bacteria were dominant in WW generated by plant A and thermophilic bacteria in those generated by plant B. The bacterial profile of these WW limited their reuse after 10 hours for the plant A and 5 hours for the plant B of recirculation at 50ᵒC by RO, to avoid the growth of thermoresistant spore-forming bacteria. In parallel, we demonstrated that the use of concentrated and pasteurized WW in the production of model cheese increases their yield and moisture compared to control cheeses. However, the substitution of more than 50% of the quantity of cheese milk with pasteurized WW concentrates decreased the coagulation kinetics of curds. The excessive humidity of the cheeses generated from WW concentrates was correlated with modifying of the soluble colloidal balance of minerals and proteins, especially of calcium and caseins. Finally, and according to the economic study carried out, a dairy plant will have to generate a minimum of 200m³ of white water per day containing 0.5% of total solids so that the investment related to the purchase and use of an RO system for the concentration of white water for cheese production will be profitable within six months.

Les eaux blanches issues du rinçage à l'eau des équipements utilisés en industries laitières présentent un potentiel de valorisation en lien avec leur teneur en solides du lait permettant ainsi de diminuer les impacts environnementaux et économiques liés à la gestion des effluents laitiers. Plus spécifiquement, les eaux blanches, utilisées dans le cadre de ce projet ont été générées à la suite du rinçage d'un pasteurisateur, avaient une composition similaire à celle du lait dilué. De ce fait, dans une optique de récupération et de réutilisation de ces eaux blanches, l'osmose inverse (OI) a été choisie comme technologie permettant de produire un concentré de solides du lait réutilisable en production fromagère (rétentat) et de l'eau de procédé (perméat). Ainsi, les différents lots d'eaux blanches provenant de deux usines de transformation du lait(usines A et B) ont été concentrés par OI à 50 °C. Ces eaux blanches ont tout d'abord été caractérisées pour leur composition physico-chimique et microbiologique. Par la suite, l'évolution de la charge et des genres bactériens composant les eaux blanches et les concentrés, a été déterminée par approche méta-taxinomique à la suite des étapes de concentration et de recirculation des eaux blanches par OI à 50 °C pendant 20 h. Finalement, le potentiel de valorisation des eaux blanches a été évalué lors de la production de fromages modèles pour lesquels différentes proportions de concentrés d'eaux blanches intégrées dans le mélange de lait fromager ont été étudiés. De même, l'impact économique de la mise en œuvre d'un système d'OI dans une usine laitière permettant de régénérer des concentrés d'eaux blanches a été estimé. Les résultats ont montré que le profil bactérien des eaux blanches était différent en fonction de l'environnement de l'usine et des séquences de nettoyage en place (CIP) mises en place. Plus spécifiquement, les bactéries psychrotrophes étaient dominantes dans les eaux blanches générées par l'usine A et les thermophiles dans celles générées par l'usine B. La composition microbiologique des eaux blanches limitait leur réutilisation après 10 heures pour l'usine A et 5 heures pour l'usine B de recirculation par OI à 50 °C, afin d'éviter la croissance de bactéries sporulées thermorésistantes. En parallèle, nous avons démontré que l'utilisation d'eaux blanches concentrées et pasteurisées en production fromagère augmente le rendement et l'humidité des fromages modèles. Cependant, la substitution de plus de 50 % de la quantité de lait de fromagerie par des concentrés d'eaux blanches pasteurisés a ralentie la cinétique de coagulation de caillés. L'humidité excessive des fromages élaborés à partir de concentrés d'eaux blanches, a été corrélée à une modification de l'équilibre soluble-colloïdal des minéraux et des protéines, notamment ceux du calcium et des caséines. Finalement, et selon l'étude économique réalisée, une usine laitière devra générer un minimum de 200 m³ d'eaux blanches par jour contenant 0,5 % de solides totaux pour que l'investissement lié à l'achat et à l'utilisation d'un système d'OI pour la concentration d'eaux blanches destinée à la fabrication fromagère soit rentabilisé au bout de six mois. / White wastewaters (WW) generated after the first hydraulic flush of dairy equipment have the potential to be use in dairy processing for the valorization of their milk solids content which could have environmental and economic benefits for dairy effluent management. More specifically, WWs used in this project were generated after the rinsing of pasteurizers and had a composition similar to that of diluted milk. Therefore, to recover and reuse these WW, reverse osmosis (RO) was chosen as a suitable technology to generate concentrates of milk solids (retentate) for cheese production and process water (permeate). Thus, different batches of WW generated from two dairy processing plants (plants A and B) were concentrated by RO at 50°C. These WW were first characterized for their physicochemical and microbiological compositions. Subsequently, the evolution of the bacterial load and genera in these WW was determined by metabarcoding after the concentration and recirculation steps by RO for 20h. Finally, the potential for the valorization of these WW was evaluated by the production of model cheeses for which different proportions of WW concentrates were added to the cheese milk mixture. The economic impact of implementing a RO system in a dairy plant to regenerate WW concentrates was also estimated. The results showed that the bacterial profile of WW was different depending on the bacterial environment of the plant and the cleaning in place (CIP) applied procedure. More specifically, psychrotrophic bacteria were dominant in WW generated by plant A and thermophilic bacteria in those generated by plant B. The bacterial profile of these WW limited their reuse after 10 hours for the plant A and 5 hours for the plant B of recirculation at 50ᵒC by RO, to avoid the growth of thermoresistant spore-forming bacteria. In parallel, we demonstrated that the use of concentrated and pasteurized WW in the production of model cheese increases their yield and moisture compared to control cheeses. However, the substitution of more than 50% of the quantity of cheese milk with pasteurized WW concentrates decreased the coagulation kinetics of curds. The excessive humidity of the cheeses generated from WW concentrates was correlated with modifying of the soluble colloidal balance of minerals and proteins, especially of calcium and caseins. Finally, and according to the economic study carried out, a dairy plant will have to generate a minimum of 200m³ of white water per day containing 0.5% of total solids so that the investment related to the purchase and use of an RO system for the concentration of white water for cheese production will be profitable within six months.