Thèse (Ph. D.)--Université Laval 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mars 2004). Bibliogr.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 22 mars 2004). Bibliogr.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Ce travail de thèse est une contribution à la compréhension de l’encrassement des échangeurs de chaleur à plaques (ECP) lors du traitement thermique de solutions de protéines du lactosérum. Ce travail vise principalement à établir les liens existants entre la composition des différentes solutions de lactosérum (teneurs en β-lactoglobuline (β-lg) et en calcium), leurs comportements en dénaturation et leurs aptitudes à encrasser les surfaces chaudes de l’ECP. Cette étude a montré l’influence de la teneur en calcium et du ratio molaire calcium/protéine sur les mécanismes de dénaturation thermique de la β-lg, les distributions des masses de dépôt protéique, la dynamique de formation de dépôt et la structure des premières couches de dépôt en surface. Par ailleurs, la détermination des constantes cinétiques de dénaturation chaude de la β-lg et la connaissance de l’histoire thermique du produit ont permis de simuler les profils de concentrations des différentes espèces de β-lg (native, dépliée et agrégée) le long de l’ECP et d’étudier la corrélation entre la masse de dépôt sec et les quantités de β-lg dénaturées dans l’ECP. Ainsi, cette simulation a pu mettre en évidence le faible rôle des agrégats dans les mécanismes d’encrassement et à la fois l’influence de l’espèce dépliée et de la teneur en calcium dans la distribution du dépôt protéique. Enfin, une corrélation originale entre la distribution de la masse de dépôt sec dans chaque canal de l’ECP et les paramètres cinétiques de dénaturation a été établie pour chaque solution protéique modèle étudiée, montrant ainsi l’impérieuse nécessité des approches de génie de la réaction chimique pour prédire l’encrassement protéique. / This Ph.D. work is a contribution for understanding the fouling in plate heat exchangers (PHE) during the heat treatment of whey protein solutions. This work aims at establishing the relationship between the composition of the different whey protein solutions (β-lactoglobulin content (β-lg) and calcium), their denaturation behaviour and their ability to foul the hot surfaces of the PHE.This study showed the strong impact of the calcium content and the calcium/protein molar ratio on the β-lg thermal denaturation mechanisms, the distributions of the deposit fouling, deposit formation dynamics and the structure of the first deposit layers.The determination of the β-lg denaturation kinetic constants and the knowledge of the thermal profile allowed to simulate the concentration profiles of the different β-lg species (native, unfolded and aggregated) along the PHE and to study the correlation between the dry deposit mass of and the amount of denatured β-lg in the PHE. This simulation highlighted the negligible role of the aggregates in the fouling mechanisms and both the influence of the unfolded species and the calcium content on the distribution of protein deposition. Finally, a new correlation between the distribution of dry deposit masses in each channel of the PHE and the denaturation kinetic parameters was determined for each studied protein solution, showing thus that chemical reaction engineering approaches are requested for predicting proteinaceous fouling.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 75-88. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La caractérisation des interactions protéines/polysaccharides a été réalisée à l’aide d’un système modèle β-lactoglobuline (β-lg)/pectine. Les pH de formation des complexes solubles entre la β-lg et la pectine faiblement ou hautement méthylée (pectine LM ou HM) mesurés par titrage potentiométrique sont de 6,1 et 5,5, respectivement. L’importance des interactions électrostatiques et la présence de liens hydrogène ont été démontrées par la dissociation des complexes en présence d’agents déstabilisants. La constante d’association, la stoechiométrie, la taille du site de liaison et la coopérativité des complexes ont été déterminés sous différentes conditions. Les paramètres d’interaction des peptides β-lg 132-148, 76-83, 41-60 et 1-14 suggèrent l’implication de ces zones peptidiques dans les complexes β-lg/pectine. L’initiation de l’interaction entre la β-lg et la pectine se traduit par la formation de complexes solubles d’origine enthalpique. La neutralisation des complexes induit leur agrégation et leur insolubilisation. Des facteurs d’origines entropique et enthalpique sont favorables à cette agrégation. La séparation de phases observée lors de l’agrégation des complexes s’effectue selon un mécanisme de nucléation et croissance. / The aim of this study was to characterize protein/polysaccharide interactions using the β-lactoglobulin (β-lg)/pectin as a model system. The pH values leading to the formation of soluble complexes (pHc) between β-lg and low or high-methoxyl-pectin (LM- or HM-pectin) measured with titration were 6.1 and 5.5, respectively. The destabilizing effect of sodium chloride, urea and temperature has demonstrated that interactions in the systems are mainly caused by electrostatic forces and, to a lesser extent, hydrogen bonding. Binding parameters of β-lg/pectin complexes were determined using frontal analysis continuous capillary electrophoresis (FACCE). At pH 4, approximately 23 β-lg molecules are cooperatively complexed on LM-pectin, where each β-lg molecule covers an average of 12 D-galA residues. The calculated binding constant is 1431 M-1. The peptides β-lg 132-148, 76-83, 41-60, and 1-14 would be involved in the interaction with the pectin. Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to characterize the thermodynamic parameters of β-lg/LM- or HM-pectin complexes. The binding isotherms revealed the formation of soluble intrapolymer complexes further followed by their aggregation in insoluble interpolymer complexes. The soluble complexes were enthalpically driven, whereas enthalpic and entropic factors were involved in the insoluble complexes formation. Static light scattering was used to monitor the phase separation of β-lg/LM and HM-pectin mixtures as they were acidified with glucono-δ-lactone (GDL). This technique was used to confirm the two-step mechanism observed with ITC. The phase separation resulting from complexation was achieved through a nucleation and growth mechanism. The increase of complexation in solution with acidification led to a local ordering of systems. Complex formation through acidification was confirmed using phase contrast microscopy. A better understanding of β-lg/pectin interactions was required to achieve research projects using complexes as food ingredients.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 février 2006). Bibliogr.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Cette étude a permis de démontrer que la (3-lactoglobuline (P-LG) avait la capacité de lier des peptides issus de la structure primaire de cette protéine et ce, en quantité différentes selon les conditions physico-chimiques du milieu. Les peptides chargés positivement se lieraient sur la protéine au niveau d'un site présentant une grande densité de charges négatives, lequel est situé près du sillon externe formé entre l'hélice-a et le calice. Les peptides chargés négativement se lieraient près du brin P-I impliqué dans la dimérisation de la protéine. Dans le cas des peptides hydrophobes, leur liaison se ferait au niveau de la cavité hydrophobe de la protéine lorsque le pH est assez élevé (pH > 7) pour que la boucle EF soit dans la confirmation ouverte. La liaison des peptides à différents sites en fonction de la nature des peptides a été démontrée par des analyses en spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR). Ces analyses ont aussi démontré que les peptides négatifs et hydrophobes provoquent l'agrégation de la protéine à plus faible température, alors que l'agrégation survient lorsque la protéine est encore sous forme de dimères en présence de peptides chargés positivement. Des études avec les variants génétiques de la P-LG ont démontré que le variant A lie environ 2.1 moles du peptide bioactif hydrophobe p-LG 102-105, comparativement à 0.3 et 0.1 moles pour les variants B et AB, respectivement. Il a également été démontré que les préparations commerciales de P-LG (Sigma) contenaient des protéases résiduelles qui dégradaient les peptides hydrophobes après leur mise en solution avec la protéine. Des mesures en FTIR ont aussi été effectuées avec de la p-LG A et B avant et après leur dialyse. Ces analyses ont démontré que l'élimination des sels par dialyse retarde la monomérisation de la p-LG A, tant à pH 4.4 qu'à pH 8.0. Il a aussi été démontré que la P-LG A présentait, au sein de sa barrique-P, un meilleur environnement hydrophobique pouvant expliquer la plus grande affinité de ce variant pour la liaison de ligands hydrophobes. Cette étude a démontré qu'en plus de lier des molécules hydrophobes, la P-LG peut également lier des ligands chargés positivement et négativement. Cette étude confirme également que la liaison de peptides de différente nature par la P-LG a une incidence sur les propriétés thermiques de la protéine.

Des observations préliminaires ont montré que l’auto-assemblage d’un peptide issu de l’hydrolyse trypsique de la β-lactoglobuline (β-lg f1-8) modifiait la composition de mélanges de protéines de lactosérum, particulièrement en α-lactalbumine (α-la) soluble. Le but du présent travail était de démontrer l’occurrence d’interactions entre le peptide β-lg f1-8 et l’α-la. L’étude de l’auto-assemblage du peptide β-lg f1-8 en présence d’α-la à 25 et 55 °C a permis d’observer que l’ajout d’α-la à un hydrolysat trypsique permettait de retarder la floculation du peptide à 55 °C. La mise en contact d’α-la avec le peptide β-lg f1-8 a permis de modifier le profil de solubilité de la protéine à différents pH, mais pas son profil de dénaturation thermique obtenu par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Ces observations suggèrent que le peptide β-lg f1-8 interagit avec l’α-la par le biais d’interactions hydrophobes et qu’il pourrait être utilisé dans le développement de nouvelles stratégies de fractionnement de mélanges protéiques. / Preliminary observations showed that the self-assembly capacity of a β-lactoglobulin peptide obtained from trypsin hydrolysis (β-lg f1-8) could modify the composition of whey protein mixtures, mainly by reducing the amount of soluble α-lactalbumin (α-la). The goal of this study was to demonstrate the occurrence of interactions between β-lg f1-8 peptide and α-la. A study of the peptide self-assembly process in presence of α-la at 25 and 55 °C showed that the addition of α-la to the original tryptic hydrolysate delays the flocculation of peptide β-lg f1-8 at 55 °C. Adding β-lg f1-8 peptide to α-la modified the solubility profile of the protein at various pH, but its thermal unfolding profile obtained by differential scanning calorimetry (DSC) remained unchanged. All of these observations suggest that the peptide β-lg f1-8 can interact with the α-la via hydrophobic interactions and could be used for developing new strategies for the fractionation of protein mixtures.