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THESE DE DOCTORAT DE L'UNIVERSITE DE NANTES COMUE UNIVERSITE BRETAGNE LOIRE ECO

THESE DE DOCTORAT DE L'UNIVERSITE DE NANTES COMUE UNIVERSITE BRETAGNE LOIRE ECOLE DOCTORALE N° 600 Ecole doctorale Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation Spécialité : Sciences de l’aliment Modulation de la texture de gels acides laitiers par addition d’agrégats de protéines laitières Thèse présentée et soutenue à Nantes, le 3 Avril 2019 Unité de recherche : INRA UR1268 Biopolymères Interactions Assemblages Par Perrine GELEBART Rapporteurs avant soutenance : Rémi SAUREL, Professeur, AgroSup Dijon Sylvie DESOBRY-BANON, Professeur, IUT Nancy-Brabois, Université de Lorraine Composition du Jury : Président : Jack LEGRAND, Professeur, Université de Nantes Examinateurs : Jack LEGRAND, Professeur, Université de Nantes Sylvie MARCHESSEAU, Professeur, Université de Montpellier Dir. de thèse : Marc ANTON, Directeur de recherche, Institut National de Recherche Agronomique, Nantes Co-dir. de thèse : Catherine GARNIER, Chargée de recherche, Institut National de Recherche Agronomique, Nantes Invité(s) Alain RIAUBLANC, Chargé de recherche, Institut National de Recherche Agronomique, Nantes Marie-Hélène FAMELART, Chargée de recherche, Institut National de Recherche Agronomique, Rennes Benoit GOLDSCHMIDT, Directeur de recherche, Fromagerie BEL, Vendôme Au cours de trois années de thèse il y a énormément de gens à remercier pour de nombreuses raisons et j’espère avoir une pensée pour tout le monde et si ce n’est pas le cas, cela ne veut pas dire que je ne vous remercie pas très chaleureusement ! Tout d’abord, je tiens à remercier l’ensemble des membres du jury de thèse. Merci à Mme Sylvie Desobry-Banon, M. Rémi Saurel, Mme Sylvie Marchesseau et M. Jack Legrand d’avoir accepté d’évaluer mes travaux. Je remercie également mon directeur de thèse, Marc Anton, d’avoir accepté de diriger cette thèse ainsi que mes encadrants : Catherine Garnier, Alain Riaublanc et Marie-Hélène Famelart pour leur disponibilité et leur soutien durant ce doctorat. Merci à vous pour votre sympathie, j’ai apprécié de travailler avec vous. Merci à Benoit Goldschmidt et une seconde fois à Sylvie Marchesseau de m’avoir consacré du temps au cours de ces trois années en participant au comité de suivi de thèse et en participant à la soutenance. Merci aux régions Bretagne et Pays de la Loire pour le financement du projet PROFIL dont cette thèse fait partie. Merci à Joëlle Léonil pour la coordination scientifique et à BBA pour la gestion du projet. Je remercie également Morgane Raison, Stéphan Rouverand et Karine Le Roux pour leur accompagnement et leur implication dans l’organisation du projet PROFIL et des comités techniques. Je remercie également tous les industriels et les partenaires académiques ayant participés à ce projet. Je tiens à remercier l’INRA et plus particulièrement l’équipe ISD de BIA pour l’accueil et tous les moyens humains et matériels mis en œuvre pour mener à bien cette thèse. Je remercie Camille et Valérie pour leur aide pour de nombreuses expériences menées au cours de ma thèse et pour leur disponibilité. Je n’aurais pas pu acquérir l’ensemble de mes résultats sans vous. Je tiens également à remercier Bérénice, Véronique, Geneviève et Bruno pour leur aide ainsi que l’ensemble de l’équipe Interface et Systèmes Dispersés pour leur accueille, leur collaboration et leur sympathie. Je souhaite également remercier les doctorants PROFIL et plus particulièrement Thibault, dont l’aide a été précieuse notamment en début de thèse. Je remercie également un ancien doctorant de l’INRA William, qui m’aura apporté son aide pour les présentations orales et le début de la rédaction de l’article en anglais. Merci à mes collègues de mon premier bureau Bérénice, Camille et Adeline qui m’ont supporté les deux premières années et à mes nouvelles collègues de bureau de dernière année : Doina et Chloé qui m’ont supporté dans la dernière ligne droite. Merci à Marie, Alice, Line, Maude, Kévin, Thibault et Yves pour les échanges au travail et surtout les soirées indispensables pour décompresser. Merci à Yves une seconde fois pour ton aide concernant la rédaction et la relecture de l’article. Je remercie tous mes proches, ma famille et mes amis très anciens ou plus récents présents ou non à la soutenance de thèse. Enfin, je conclurai ces remerciements par mes parents qui ont été présente tout au long de ces trois ans et m’ont toujours soutenu, merci mille fois !!! Merci à tous… 1 Communications Publication P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, C. Jonchère, V. Beaumal, M. Anton and C. Garnier, “Protein aggregates modulate the texture of emulsified and acidified acid milk gels”, Food Hydrocolloids, vol. 93, pp.176 - 188, 2019. Communications écrites P. Gélébart, “Texturizing acidified and emulsified model systems by interface control”, Rhéologie, vol. 30, 2016. Poster P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, M. Anton et C. Garnier, “Modulation de la texture de systèmes modèles émulsifiés et acidifiés par addition d’agrégats de protéines laitières”, Colloque PROFIL : La plasticité des protéines du lait, Rennes, France, 21 septembre 2017. 2 Communications orales P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, M. Anton et C. Garnier, “Texturizing acidified and emulsified model systems by interface control”, Journées Jeunes Rhéologue (Groupe Français de Rhéologie), Belle-Île-en-Mer, France, 30-31 Mai et 1er Juin 2016. P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, M. Anton and C. Garnier, “Modulation of the texture of emulsified and acidified model systems by the addition of protein aggregates”, Nantes, France, 29-30 November and 1st December 2017. P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, C. Jonchère, V. Beaumal, M. Anton and C. Garnier, “Protein aggregates modulate the texture of emulsified and acidified dairy model systems”, Leeds, United-Kingdom, 8-11 April 2018. P. Gélébart, A. Riaublanc, M-H. Famelart, C. Jonchère, V. Beaumal, M. Anton and C. Garnier, “How protein aggregates can modulate the texture of emulsified and acidified dairy model systems”, Montreal, Canada, 3-6 June 2018. 3 Table des matières Liste des abréviations .................................................................................................................................. 15 Introduction générale .................................................................................................................................. 17 Chapitre 1 : Etat de l’art .............................................................................................................................. 25 I.1- Le lait ................................................................................................................................................. 27 I.1.1- Composition générale ................................................................................................................ 27 I.1.2- La matière grasse laitière ........................................................................................................... 28 1.1.2.1- Composition lipidique ........................................................................................................ 28 1.1.2.2- Propriétés physiques de la matière grasse ........................................................................ 29 1.1.2.3- Globule gras et matière grasse laitière anhydre ................................................................ 30 I.2- Les protéines du lait .......................................................................................................................... 30 I.2.1- Les micelles de caséines ............................................................................................................. 30 I.2.1.1- Modèle à structure ouverte ................................................................................................ 31 I.2.1.2- Modèle noyau-coque .......................................................................................................... 32 I.2.1.3- Modèle éponge ................................................................................................................... 32 I.2.1.4- Effet des traitements physiques sur les micelles de caséines............................................. 33 I.2.2- Les protéines du lactosérum ...................................................................................................... 34 I.2.2.1- Généralité sur les protéines du lactosérum ........................................................................ 34 I.2.2.2- Agrégation des protéines sériques ou de la β-lactoglobuline ............................................. 36 I.3- Formation d’agrégats protéiques ...................................................................................................... 41 I.3.1- Les agrégats fractals ................................................................................................................... 42 I.3.2- Les agrégats microgels ............................................................................................................... 43 I.3.3- Les agrégats fibrillaires ............................................................................................................... 44 I.3.4- Les agrégats mixtes .................................................................................................................... 46 I.3.5- Stabilité des solutions de protéines et des agrégats de protéines laitières .............................. 48 I.4- Les émulsions laitières ...................................................................................................................... 50 I.4.1- Déstabilisation des émulsions .................................................................................................... 51 I.4.1.1- Le crémage .......................................................................................................................... 51 I.4.1.2- La coalescence ..................................................................................................................... 52 I.4.1.3- La floculation ....................................................................................................................... 52 I.4.2- Emulsification et tensioactifs ..................................................................................................... 53 4 I.4.3- Stabilisation des émulsions par les protéines ............................................................................ 54 I.4.4- Propriétés interfaciales des protéines laitières ......................................................................... 56 I.5- Les yaourts ........................................................................................................................................ 58 I.5.1- Fabrication des yaourts .............................................................................................................. 60 I.5.1.1- Standardisation des teneurs des constituants du lait ......................................................... 60 I.5.1.2- Homogénéisation du lait ..................................................................................................... 61 I.5.1.3- Traitement thermique du lait .............................................................................................. 61 I.5.1.4- Acidification du lait .............................................................................................................. 65 I.5.2- Paramètres influençant la texture des yaourts .......................................................................... 66 I.6- Influence des agrégats protéiques sur les gels acides laitiers........................................................... 68 1.7- Conclusion ........................................................................................................................................ 70 Chapitre 2 : Stratégie de l’étude ................................................................................................................. 73 Chapitre 3 : Matériels et méthodes ............................................................................................................ 79 III.1 - Matières premières laitières .......................................................................................................... 81 III.1.1- Poudre de lait ........................................................................................................................... 81 III.1.2- Protéines sériques (WPI) .......................................................................................................... 81 III.1.3- Caséines micellaires (Cas) ........................................................................................................ 81 III.1.4- Perméat de lait ultrafiltré (PUF) ............................................................................................... 82 III.1.5- Matière grasse laitière anhydre (MGLA) .................................................................................. 82 III.2- Préparation des agrégats protéiques .............................................................................................. 83 III.2.1- Agrégats fractals ....................................................................................................................... 83 III.2.2- Agrégats fibrillaires .................................................................................................................. 84 III.2.3- Agrégats microgels ................................................................................................................... 84 III.2.4- Agrégats mixtes ........................................................................................................................ 85 III.3- Caractérisation des agrégats protéiques ........................................................................................ 86 III.3.1- Microscopie Electronique en Transmission (MET) ................................................................... 86 III.3.2- Diffusion dynamique de la lumière .......................................................................................... 86 III.4- Préparation du lait reconstitué ....................................................................................................... 88 III.4.1- Préparation du lait reconstitué avec ou sans matière grasse (protocole classique) ............... 88 III.4.2- Modulation des conditions expérimentales ............................................................................ 89 III.4.2.1- Augmentation de l’aire d’interface ................................................................................... 89 III.4.2.2- Variation de la taille des agrégats fractals ajoutés ........................................................... 89 5 III.4.3- Interface contrôlée (ajout d’une émulsion à 30% MG) ............................................................ 90 III.4.4- Contrôle de la formation de pont disulfure au cours du procédé ........................................... 92 III.4.5- Systèmes laitiers enrichis en matière grasse et homogénéisés à différentes pressions ......... 92 III.5- Caractérisations et analyses des systèmes laitiers.......................................................................... 93 III.5.1- Quantification des protéines du lait par gel SDS PAGE après agrégation thermique .............. 93 III.5.2- Taille des gouttelettes de matière grasse ................................................................................ 94 III.5.3- Caractérisations rhéologiques .................................................................................................. 96 III.5.3.1- Analyse de la formation des gels acides laitiers (lait des paragraphes III.4.1 à III.4.5) ..... 97 III.5.3.2- Analyse des émulsions laitières enrichies en matière grasse (lait du III.4.6) : .................. 98 III.5.4- Microscopie confocale ............................................................................................................. 99 III.5.5- Analyse de la synérèse ........................................................................................................... 101 III.5.6- Détermination de la composition de l’interface .................................................................... 101 III.5.6.1- Concentration interfaciale .............................................................................................. 101 III.5.6.2- uploads/Geographie/ gelebart.pdf