Study of aggregation mechanisms of casein micelles during milk acidification : influence of heat-denaturated whey proteins
Étude de la dynamique de l'agrégation des micelles de caséines lors de l'acidification du lait : effet de la dénaturation thermique des protéines sériques
Résumé
Understanding mechanisms of acidic milk gelation implies the knowledge of casein micelles aggregation and of the different steps leading to gel formation. Small angle static light scattering and diffusing wave spectroscopy (DWS), which is based on light scattering in turbid medium, were used in this study. Static light scattering measurements permitted to follow micelles aggregation steps in diluted media and to calculate the fractal dimension of acidic aggreptes formed. Results showed the formation of four successive particle populations. The first population corresponds to casein micelles and the others populations correspond to casein aggregates with increasing size. The fractal dimension value, determined from double logarithmic plots of intensity versus scattering wave vector (q) resulted in value around 1.8, which reflects a diffusion limited cluster aggregation mechanisms (DLCA). By static light scattering, casein/whey proteins ratio and heat treatment of milk were shown to influence the growth kinetics of aggregates, but only heat treatment of milk modified fractal dimension leading to more porous aggregates. The DWS results showed that acid gelation of unheated milk occurred via a single-stage aggregation. The aggregation pH was measured at pH 4.9 and the gelation pH was estimated at pH 4.8.
La compréhension des mécanismes réactionnels engagés dans la gélification acide du lait implique une connaissance de l'agrégation des micelles de caséines et des différentes étapes conduisant à la formation du gel laitier. Deux techniques instrumentales ont été utilisées au cours de cette étude, une technique de diffusion statique de la lumière aux petits angles (DSL) et une technique de diffusion de la lumière en milieu turbide (DWS, diffusing wave spectroscopy). L'étude par DSL a permis de suivre les étapes de l'agrégation micellaire en milieu dilué et de calculer la dimension fractale des agrégats acides obtenus. Les résultats montrent, lors de l'acidification, l'apparition de quatre familles successives de particules, dont la première correspond aux micelles de caséines et les trois suivantes à des agrégats de taille croissante. La dimension fractale calculée indique une valeur d'environ 1,8 et serait représentative d'une agrégation amas-amas limitée par la diffusion (DLCA). Par DSL, il apparaît que la vitesse de croissance des agrégats caséiques est influencée par le rapport caséines/protéines sériques natives et le traitement thermique du lait alors que la structure fractale des agrégats caséiques n'est modifiée significativement que dans le cas du traitement thermique du lait où une structure plus poreuse est observée. L'étude par DWS a permis de caractériser les transformations macroscopiques qui se manifestent au sein du système au cours du processus d'acidification. Les résultats obtenus en DWS montrent l'existence d'une phase d'agrégation des micelles de caséines dès pH 4,9 préliminaire à la gélification du lait à pH 4,8.