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International audience; Pour émulsifier, c'est-à-dire rendre stable cinétiquement deux phases non miscibles, les industriels de l'agroalimentaire utilisent la technique qui consiste à émulsifier une phase dans l'autre en couplant une agitation mécanique à l'utilisation d'un composé émulsifiant, stabilisant l'interface formée. Dans le lait, quand la matière grasse est émulsionnée, il se forme une interface qui est constituée de protéines laitières (micelle de caséine et protéines de lactosérum). Toutefois, la plupart des micelles ont tendance à s'étaler progressivement à l'interface des globules gras, fragilisant ainsi l'interface. En identifiant, à l'échelle nanométrique, des moyens qui limitent l'étalement des micelles de caséines à l'interface, celles-ci resteraient plus épaisses et les émulsions seraient plus stables

Les micelles de caséines, composées de caséines, minéraux et eau, sont en équilibres dynamiques, elles échangent en permanence de leur matière avec leur environnement. Les micelles de caséines possèdent d’intéressantes fonctionnalités pour la fabrication de produits laitiers, telles que leur capacité à stabiliser des émulsions et à former des gels sous l’action de la présure. Des changements environnementaux, variations de pH, additions de sels ou d’agents chélatants, affectent les équilibres des micelles et induisent des modifi cations de leurs compositions et propriétés colloïdales. Ces changements modifi ent également leurs propriétés fonctionnelles, bien que cet aspect soit peu décri. Le but de ce projet était de comprendre les relations liant l’environnement, l’équilibre minéral, les propriétés colloïdales et fonctionnelles des micelles de caséines. L’impact de cinq facteurs (pH, Na3Cit, NaCl, CaCl2, MgCl2) modifi ant les micelles fut étudié en focalisant sur leurs propriétés émulsifi antes et coagulantes par la présure. L’acidification et l’addition de Na3Cit ont causé les modifi cations minérales les plus importantes en solubilisant le phosphate de calcium micellaire. Le premier conduisit au « gonfl ement » des micelles alors que l’agent chélatant causa leur dissociation en petits agrégats. L’ajout de NaCl n’eut aucun impact sur le contenu minéral des micelles mais provoqua aussi la libération d’agrégats, révélée par cryo-microscopie électronique et diffusion de rayons-X aux petits angles. Le rôle du phosphate de calcium sur les fonctionnalités fut confirmé et l’étude révéla importance de contrôler la libération des agrégats compte tenu de leurs impacts sur la stabilité des émulsions et la fermeté des gels. CaCl2 and MgCl2 augmentaient légèrement le contenu minéral des micelles et eurent des impacts mineurs sur leur coagulation., Caseins micelles, composed of caseins, minerals and water, are under dynamic equilibria, they constantly exchange materials with their surrounding environments. In addition, casein micelles possess valuable functionalities in regards to the formation of dairy products, such as the ability to stabilize emulsions or to form rennet gels. Environmental changes, such as variations in pH, additions of salts or chelating agents, affect the casein micelles equilibria and lead to modifi cations in their compositional and colloidal properties. Such changes also modify their functional properties, although this aspect is poorly described in the literature. This project aimed to understand the relationships that link the environmental modifi cations, the mineral balance, the colloidal and functional properties of the casein micelles. The impact of fi ve modifying factors (pH, Na3Cit, NaCl, CaCl2, MgCl2) of the casein micelles were studied and the focus was placed on emulsion and rennet coagulation functionalities. pH decrease and addition of chelating agent were responsible for the main mineral modifi cations in solubilizing the micellar calcium phosphate. The former only induce the swelling of casein micelles while the latter led to their disruption into smaller aggregates. NaCl had no impact on the micellar mineral content but also caused the release of small aggregates, as revealed by electronic microscopy and small angle X-ray scattering analyses. The decisive role of micellar calcium phosphate on the functionalities was confi rmed and this study highlighted the importance of monitoring the release of small aggregates, as they strongly affected emulsions stability and gels fi rmness. CaCl2 and MgCl2 additions slightly increased the mineral content of casein micelles and had minor impacts on their rennet coagulation.

Diplôme : Ph. D.; La structure de la micelle de caséines détermine les caractéristiques fonctionnelles de la fraction protéique du lait et conditionne sa transformation industrielle. Cependant, la structure micellaire n'est pas élucidée. De nombreuses interrogations subsistent concernant l'agencement des caséines dans la micelle, l'existence ou non d'associations privilégiées, les interactions entre les caséines et la fraction minérale, et le rôle de chacun de ces composants dans le processus d'élaboration de cet édifice supramoléculaire. L'objectif de notre travail est de comprendre l'arrangement des caséines dans la micelle et le rôle de chacune dans l'élaboration intracellulaire de cette structure. La stratégie adoptée est donc d'étudier la formation de la micelle de caséines dans la voie de sécrétion de la cellule épithéliale mammaire (CEM). Dans un premier temps, nous avons choisi de caractériser l'état d'agrégation des caséines dans le premier compartiment de la voie de sécrétion, le réticulum endoplasmique rugueux. L'essentiel des expériences a été réalisé sur les caséines du tissu mammaire de rat et nous avons confirmé notre modèle chez un ruminant, la chèvre. Des fractions purifiées de microsomes rugueux, issues du RER du tissu mammaire, ont été perméabilisées par de la saponine dans des conditions conservant ou non la structure micellaire. L'analyse du comportement des caséines immatures des microsomes en conditions conservatives montre que la caséine beta ne semble pas agrégée dans ce compartiment alors qu'une forte proportion de la caséine alphaS1 reste associée aux microsomes. Les extractions membranaires dans différentes conditions physico-chimiques ont révélé l'existence d'une forme membranaire de la caséine alphaS1 dans les microsomes rugueux mais également dans des compartiments plus tardifs de la voie de sécrétion. De plus, nous montrons que les ponts disulfure intermoléculaires jouent un rôle important dans la liaison de la caséine alphaS1 avec les membranes. Pour caractériser les bases moléculaires de l'interaction de la caséine alphaS1 avec les phospholipides des membranes biologiques, nous avons mis en oeuvre des techniques spectroscopiques. Les formes phosphorylée et déphosphorylée de la caséine alphaS1 purifiée à partir de lait de rat ont été placées en présence de liposomes de différentes tailles (SUVs et LUVs). La fluorescence intrinsèque du tryptophane révèle des modifications conformationnelles pour la caséine alphaS1 déphosphorylée et des changements structuraux ont été mis en évidence par dichroïsme circulaire, pour les deux formes de la protéine lors de la liaison avec les phospholipides des vésicules lipidiques. L'originalité de ce travail a été de montrer l'existence, pour la première fois, d'une forme membranaire d'une caséine dans la CEM. Nos résultats suggèrent que cette forme membranaire de la caséine alphaS1 pourrait jouer un rôle clé dans l'édification de la structure micellaire et/ou dans le transport intracellulaire et la sécrétion des caséines.