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Combined effects of trisodium citrate (TSC), transglutaminase (Tgase) and heating were studied with relation to the mechanical properties of acid milk gels. Acidification of skimmed microfiltered milk samples was performed at 30 °C by addition of glucono – δ lactone to achieve final pH of 4.6 in 4 h. Increasing levels of TSC (0, 10 and 20 mM) were added to the samples, followed by addition of a constant level of Tgase (3 U/g of protein), and subsequent heating to 85 °C for 30 min. Prior to acidification, suspensions were analyzed in terms of amount of sedimentable material, hydration, hydrodynamic diameter (Dh) and ζ-potential (ζ) of the particles. Acid-induced gelation was studied using small deformation rheology followed by large deformation test. The water holding capacity of the gels (WHC) was performed at pH 4.6. Gels microstructure were investigated by confocal laser scanning microscopy at pH 4.6 and determination of mean pore size was performed by 2D-correlation analysis. Results showed that combined Tgase and TSC treatments had significant effect on rheological properties, WHC and gel microstructure. Higher stiffness of the gels was observed with Tgase and TSC at 10 mM, whereas a homogenous network distribution with smaller pore size was observed in the presence of Tgase and TSC at 20 mM.

There is a wide variety of dairy matrices on the market, with very different textures. Among them, high fat stirred yogurts (≥ 5%) are particularly appreciated by the consumers for their creamy texture. The creamy texture is linked to both the level of firmness and the fat perception in mouth (oily film, melting) and is directly driven by the structure of the product. The objective of this work was to change the texture of high fat stirred yogurts by tailoring their structure without addition of any additive.High fat stirred yogurts are concentrated dispersions of microgels, where each microgel is an emulsion-filled gel (i.e. fat droplets dispersed in a protein network and interacting with it via the interface). Several levers were identified in order to modify the structure and the main ones were the state of fat, the composition and the physico-chemical state of the interface, and the size and stiffness of the microgels. These levers were modified through formulation and process, either at pilot- scale (industrial partner) or at lab-scale (mini-line of stirred yogurt production specially developed).A multi-scale approach was adopted to understand the relationship between the structure and the macroscopic properties. The physico-chemical properties of milk proteins and fat were characterized. The interfacial properties of whey proteins were measured depending on their physico-chemical state. The microstructure was accurately characterized through the sizes of fat droplets and microgels, the shape and fractal dimension of microgels (with 3D reconstruction) and the quantitative analysis of the stirred yogurt microstructure (mathematical morphology). The macroscopic properties were measured by combining rheology (firmness) and tribology (lubrication) in conditions consistent with oral processing (shearing, temperature, materials). Each identified lever was individually tested and the nature of the interface and the composition of fat droplets were proved to be interesting in modifying the macroscopic properties (firmness, lubrication) of stirred yogurts. These two levers were eventually combined in a study to take their interdependence into account. All the work led to the statement of structuring mechanisms of the stirred yoghurts depending on the conditions of formulation and process used.; Il existe une très grande variété de matrices laitières sur le marché, avec des textures très variées. Parmi elles, les yaourts brassés riches en matière grasse (≥ 5%) sont particulièrement appréciés par les consommateurs pour leur texture crémeuse. Cette dernière est à la fois liée à la consistance et à la perception du gras en bouche (film gras, fondant) et elle est directement pilotée par la structure du produit. Ce travail avait pour objectif de moduler la texture des yaourts brassés riches en matière grasse en les structurant à façon, et ce, sans ajouter d’additif.Ces produits sont des dispersions concentrées de microgels, où chaque microgel est une émulsion gélifiée (globules gras dispersés dans un réseau protéique et pouvant interagir avec celui-ci via l’interface). Plusieurs leviers ont été identifiés pour moduler cette structure complexe et les principaux sont l’état de la matière grasse, la nature et l’état physico-chimique des protéines adsorbées à l’interface, la taille et la rigidité des microgels. Ces leviers ont été modulés par la formulation et le procédé, soit à l’échelle pilote chez un partenaire industriel, soit à l’échelle laboratoire grâce à une mini-ligne de production de yaourts brassés spécialement mise au point. Une approche multi-échelle a été adoptée pour comprendre le lien entre la structure et les propriétés macroscopiques des produits. Les propriétés physico-chimiques des protéines et de la matière grasse laitières ont été caractérisées. Les propriétés interfaciales des protéines sériques ont été mesurées en fonction de leur état physico-chimique. La microstructure a été étudiée au travers de la taille des globules gras et des microgels, de la forme et la dimension fractale des microgels (avec reconstruction 3D) et de la caractérisation quantitative de la structure des yaourts brassés (morphologie mathématique). Les propriétés macroscopiques ont été évaluées en combinant la rhéologie (consistance) et la tribologie (lubrification) dans des conditions prenant en compte le processus oral (cisaillement, température, matériaux). Chaque levier identifié a été testé individuellement et la nature de l’interface comme la composition de la matière grasse des globules gras se sont révélés être intéressants pour modifier les propriétés macroscopiques (consistance et lubrification) des yaourts brassés. Ces deux leviers ont finalement été combinés dans une étude pour prendre en compte leur interdépendance.L’ensemble des travaux a permis de proposer des mécanismes de structuration des yaourts brassés en fonction des conditions de formulation et de procédé mises en œuvre.

Whey protein microgels (WPM) are highly stable on heating and form Pickering-like emulsions exhibiting long-term resistance to coalescence. However, the heat stability of WPM emulsions is unclear and depends on the emulsion characteristics (WPM concentration, presence of non-microgel proteins such as caseins). The objective of this study was to investigate the heat-stability of WPM emulsions in the presence of caseins in order to clarify the role of the two types of proteins in the mechanism of heat-stabilization/destabilization. Emulsions (30 wt% milkfat) containing WPM (from 2.34 to 6.84 wt%) and non-microgel proteins, mainly caseins (from 0 to 0.81 wt%), were prepared at pH 7. A comparison of the emulsions before and after heating at 120 °C up to 30 min allowed their classification in three categories: viscous emulsions that gelled on heating (emulsions E1), fluid emulsions that gelled on heating (emulsions E2) and fluid emulsions even after heating (emulsion E3). A characterization of the fat droplet surface (protein interfacial load, protein composition, structure of the adsorbed entities by transmission electron microscopy) indicated emulsions E1 and E2 had WPM adsorbed at the fat droplet surface but their structural rearrangement did not explain the heat-induced modifications. Emulsions E3 had a fat droplet interfacial layer composed of caseins whereas the WPM were only located in the continuous phase. These results demonstrate that the WPM do not contribute to emulsion heat-stability but they do not induce heat instability as long as they are not situated at the fat droplet interface. Knowing the total interfacial area, the amount of caseins to obtain heat stable emulsions containing WPM can be evaluated because the caseins dominate WPM adsorption at the fat droplet surface. This knowledge will allow controlling the stability of dairy emulsions in a wider whey protein concentration range than when using native whey proteins.

The effect of seeding whey protein isolate (WPI) solution with pre-made whey protein soluble aggregates (WPSAs) and stirring on the yield and structural and chemical attributes of whey protein microgels (WPMs) was investigated. Fluorimetry indicated that the heat-exposed hydrophobic amino acids were buried again by WPM formation. Full substitution of WPI with WPSA under non-stirred conditions generated smaller WPMs of ∼200 nm diameter, imaged by atomic force microscopy. Furthermore, full substitution yielded WPMs of a lower percentage proportion of β-sheet structure and a higher proportion of random structures than those of the sample prepared from the 50/50 mix of WPI and WPSA. Stirring increased the hydrodynamic size of WPMs at every ratio of WPI/WPSA. Microgelation under stirring at a WPI/WPSA ratio of 25/75 gave the highest yield (80%) of WPM. Gel electrophoresis indicated that stirring and full substitution of WPI with WPSA caused formation of WPMs rich in β-lactoglobulin monomer.

A novel time-lapse synchrotron deep-UV microscopy methodology was developed that made use of the natural tryptophan fluorescence of proteins. It enabled the monitoring in situ of the microstructural changes of protein gels during simulated gastric digestion. Two dairy gels with an identical composition, but differing by the coagulation mode, were submitted to static in vitro gastric digestion. The kinetics of gel particle breakdown were quantified by image analysis and physico-chemical analyses of digesta. The results confirm the tendency of rennet gels, but not acid gels, to form compact protein aggregates under acidic conditions of the stomach. Consequently, the kinetics of proteolysis were much slower for the rennet gel, confirming the hypothesis of a reduced pepsin accessibility to its substrate. The particle shapes remained unchanged and the disintegration kinetics followed an exponential trend, suggesting that erosion was the predominant mechanism of the enzymatic breakdown of dairy gels in these experimental conditions.

Introduction et but de l’étude : L’impact environnemental et les risques pour la santé associés à la production et la consommation excessive de sources de protéines animales pourraient être limités par l’augmentation de la part des protéines végétales dans notre alimentation. Les protéines végétales sont parfois déficitaires en certains acides aminés (AA) essentiels. De ce fait, un mélange de protéines animales et végétales permettrait d’assurer une complémentarité en AA répondant aux besoins de l’organisme. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'impact, sur la taille des protéines, de la formulation et des processus de transformation des gels laitiers enrichis en légumineuses et d’étudier leur efficacité surle métabolisme protéique chez le jeune rat.Matériel et méthodes : Trois gels ont été produits à partir de caséine et de globulines de fèverole soit 1) par acidification chimique avec de la glucono-δ-lactone (GDL) (A), 2) par fermentation lactique avec (FW) ou sans ajout de protéines de lactosérum (F). 30 rats mâles Wistar (1 mois, n = 10 par régime) ont reçu ces gels isoprotéiques et isocaloriques pendant 21 jours. L'évaluation du profil protéique des gels a été effectuée par SDS-PAGE. La composition corporelle des rats a été évaluée par EchoMRI. L'efficacité alimentaire a été déterminée grâce aux mesures du poids et de la consommation alimentaire. La digestibilité et la rétention protéiques ont été calculées grâce aux teneurs azotées fécales et urinaires. Lesrésultats ont été analysés par ANOVA. Résultats et Analyse statistique : L’hydrolyse protéique était la plus poussée au sein des gels fermentés. Une bande distincte à 100 kDa a été observée dans le profil protéique du gel acidifié avec GDL (A) qui n'existait ni dans le gel produit par fermentation (F) ni dans le gel fermenté contenant le lactosérum (FW). La consommation des gels (F et FW) induisait une plus forte augmentation de l’efficacité alimentaire (+50%, p

The most common hypothesis to explain the influence of food structure on digestion rates is that the proteolysis may be first limited in the stomach by the pepsin activity within the protein structures, as formed during food processing and possibly modified during gastric digestion. It is known that the gastric juice penetrates the food matrix and assists in digestion, but how the acidity and enzyme of the gastric juice affect disintegration of food is still far from being fully understood. There is, indeed, a real lack of methods that allow monitoring the evolution of food micro and nanostructure in the course of digestion. A novel time-lapse synchrotron deep-UV microscopy methodology was developed that made use of the natural tryptophan fluorescence of proteins. It enabled the monitoring in situ of the microstructural changes of protein small gel particles ( 1mm) during simulated gastric digestion. Two dairy gels with an identical composition, but differing by the coagulation mode, were submitted to static in vitro gastric digestion. The kinetics of gel particle breakdown were quantified by image analysis and physico-chemical analyses of digesta. In parallel, the fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technique in confocal microscopy was adapted to investigate the diffusion behaviour of fluorescently labelled pepsin in casein gels of increasing protein concentrations, allowing to form protein networks with different microstructures. The results confirm the tendency of rennet gels, but not acid gels, to form compact protein aggregates under acidic conditions of the stomach. Consequently, the kinetics of proteolysis were much slower for the rennet gel, confirming the hypothesis of a reduced pepsin accessibility to its substrate. Indeed, pepsin diffusivity was quantified (by FRAP) as significantly lower in stronger gels, because of the increasing steric hindrance in the gel microstructure as the protein concentration increased. Moreover, the proteolysis kinetics of the gel particles followed an exponential trend, and while the particle size decreased progressively, their morphology remained unchanged, suggesting that external erosion was the predominant mechanism of the enzymatic breakdown of dairy gels in these experimental conditions.

Chymosin is the major enzyme used in cheesemaking but latex enzymes are also used. The aim of this work was to characterize the composition and the structure of dairy gel obtained by an extract of Calotropis procera leaves in comparison with those obtained by chymosin. The biochemical and mineral compositions of the curds and the cheese yields obtained by using Calotropis procera extract or chymosin were relatively similar. Quantitative and qualitative evaluations of proteolysis after milk coagulation, determined by the non-protein nitrogen content and chromatography coupled to mass spectrometry, indicated that Calotropis procera extract was more proteolytic than chymosin and that κ-casein was proteolyzed. The main consequence of proteolysis by Calotropis procera extract or chymosin was the formation of a similar and regular network with the presence of aggregates of casein micelles. These results support that Calotropis procera extract can be used as effective coagulant in cheesemaking.

The gastric digestion is the result of physical disintegration and enzymatic reactions leading to the release of nutrients from the food matrix to be absorbed in the upper intestinal tract. Recent works have shown on mini-pig model that the digestion process may be modulated by the initial structure of dairy matrix and suggested that the gastric phase is the critical step. There is a lack of information concerning the microscopic scale of digestion process and the hypothesis most often invoked is that the proteolysis would be limited by the diffusion of gastric fluid into the food, especially pepsin. Nevertheless, fundamental knowledge of gastric digestion had only focused on acid diffusion from the gastric fluid, but no data are currently available for pepsin diffusion. Using fluorescence recovery after photobleaching technique, diffusion coefficients of inactive isothiocyanate (FITC)-pepsin were measured in rennet gels across a range of casein concentrations, modulating different structures of protein aggregates networks. To investigate the microstructural parameters of native gels, electron microscopy image analysis were performed, and then they were qualitatively related to diffusion behavior of FITC-pepsin in these dairy gels. The diffusion coefficients of FITC-pepsin was reduced by a factor 2.4 as the casein concentration of the rennet gels increased from 32.5 to 130 g/kg. Models of polymer science were successfully applied, allowing the reliable prediction of diffusion coefficients calculated from known size of diffusing solutes and physicochemical properties of the food product, e.g. volume fraction, particle size of the gel network. In a more holistic view of food behavior in the human stomach, the diffusion of pepsin should be now confronted with its activity in acidic environment, in order to be able to define more precisely the food particle disintegration mechanisms.

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La conception d'aliments, en tant que vecteurs intelligents de molécules cibles responsables aussi bien de propriétés sensorielles que nutritionnelles correspond à un enjeu majeur pour l'industrie alimentaire. Il s'agit de proposer des aliments avec des teneurs réduite en sel, sucre ou matière grasse, ou bien enrichis en fibres ou protéines, et ceci en intégrant les besoins spécifiques des populations (enfants, sportifs, personnes agées ou en surpoids ...). Le tube digestif, de la bouche jusqu'à l'intestin, peut être considéré comme un formidable réacteur multi étagé, compact et parfaitement adaptable. Au cours de ce processus, la structure et donc les caractéristiques physiques du bol alimentaire, ainsi que les caractéristiques de l'individu qui consomme l'aliment impactent les cinétiques de digestion et influencent les régulations physiologiques associées à la santé et au bien-être de l'Homme. La modélisation mathématique des réactions et transferts dans le tube digestif constitue une approche originale et puissante, car elle permet de découpler les phénomènes liés à la structure et la composition de l'aliment d'une part et à l'individu d'autre part. Elle constitue ainsi une base pour construire des outils d'aide à la formulation. Des approches couplant mesures in vitro et in vivo associées à des développements in silico sont illustrées au travers de trois exemples sur des produits laitiers de différentes structures et compositions (gels laitiers modèles, yaourts et fromages), et ceci afin de prédire la perception salée, la perception d'arômes et enfin la digestion de protéines., The design of food, as smart vectors of target molecules responsible for both sensory and nutritional properties, is a major challenge for the food industry. The aim is to provide good and healthy foods, based on the specific needs of populations (children, athletes, elderly or overweight people). The digestive tract, from the mouth to the intestine, can be considered as a multistep reactor, compact and perfectly adaptable. During this process, i) the structure and therefore the physical characteristics of the bolus, and ii) the physiological characteristics of the individual impact the kinetics of digestion and influence the physiological control related to health and well-being. Mathematical modeling of transfers and reactions in the digestive tract is an original and powerful approach. It allows the decoupling of mechanisms linked to the structure and composition of the food on the one hand and to the physiology of individual on the other hand. It thus provides a basis for building tools to help in the food designing. This approach, coupling in vitro and in vivo experiments and in silico developments, is illustrated through three examples based on dairy products of different composition and structures (model gels, cheeses, yogurts) in order to predict the flavour perception (salt and aroma) and the digestion of proteins.

An integrated approach physicochemistry and structures activity relationships has been carried out to study the aroma compounds retention-release phenomenon in a fat free dairy gel added with pectin. This study aimed to identify the molecular properties that govern this phenomenon assuming that modifying the structure leads automatically to a change in the retention-release of aroma compounds. For this purpose, we have determined the partition coefficients of 28 aroma compounds in water, in pectin gels and in dairy gels supplemented or not supplemented with pectin, at equilibrium conditions using the PRV method (Phase Ratio Variation). Then, we have performed a structure-retention relationships study for the aroma compounds by estimating correlations between the partition coefficients and four descriptors representing four molecular properties: Global hydrophobicity, molecular area, polarizability and negative charge density. Our methodology concerning the structure-activity relationships study (SAR) consisted on studying a varied range of aroma compounds in terms of molecular structure, first taking into account all of them in the same set, then in separated subgroups according to a given structural particularity in order to reveal which structural particularities control the retention-release phenomenon. The comparison of retention between the several media has not shown any effect of pectin. Structure-activity relationships studies have shown the impact of some structural particularities like branching and double linking. They have also shown that the global hydrophobicity was not the best molecular property to explain the phenomena involved in the interactions between aroma compounds and matrix components (water and dairy gel). Molecular area and polarizability are more likely to report of aroma retention-release. Correlations implying molecular area, polarizability or global hydrophobicity confirm that van der Waals (especially Keesom and London) are involved in the retention in dairy gels and unfavourable in the retention in water. Correlations implying negative charge density show that polar interactions are favourable in the retention in water as well. Our strategy which consisted on varying the structure of aroma compounds to exanimate its effect on the retention-release phenomenon was found to be effective, and the set of 28 aroma compounds allowed as leading a quantitative structure-property relationships study. This QSAR approach can be transposed to simple or complex food systems., Une approche intégrée physicochimie et relations structure-activité a été mise en œuvre afin d’étudier le phénomène rétention-libération des composés d’arôme dans un gel laitier allégé additionné de pectine. Notre objectif était d’identifier les propriétés moléculaires qui régissent ce phénomène en supposant que la modification de la structure entraîne forcement un changement dans la rétention-libération des composés d’arôme. Dans ce but, nous avons déterminé les coefficients de partage de 28 composés d’arôme dans l’eau, dans des gels de pectine et dans des gels laitiers avec ou sans de pectine, à l’équilibre en utilisant la méthode PRV (Phase Ratio Variation). Nous avons ensuite effectué une étude des relations structure-rétention en évaluant les corrélations entre les coefficients de partage et quatre descripteurs traduisant quatre propriétés moléculaires : l’hydrophobie globale, la surface moléculaire, la polarisabilité et la densité de charge négative. Notre démarche d’étude des relations structure-activité (Structure-Activity Relationships, SAR) consistait à étudier des composés d’arôme appartenant à une gamme de structures variée, dans un même ensemble, puis en sous-groupes en fonction d’une particularité structurale donnée afin de révéler les particularités de la structure qui influent sur le phénomène rétention-libération. La comparaison des rétentions entre les milieux n’a pas montré l’existence d’un effet pectine. Les études des relations structure-activité ont montré l’impact de certaines particularités structurales telles que la ramification et la double liaison sur la rétention. Elles ont également montré que l’hydrophobie globale des molécules n’était pas la propriété moléculaire la plus à même d’expliquer les phénomènes impliqués dans les interactions de molécules odorantes avec les constituants du milieu (eau ou gel laitier). La surface et la polarisabilité rendent mieux compte des rétentions des composés d’arôme. Les corrélations impliquant la surface, la polarisabilité et l’hydrophobie globale, confirment que les interactions de type van der Waals (essentiellement Keesom et London) sont favorables à la rétention dans les gels laitiers et défavorables à la rétention dans l’eau. De même, les corrélations impliquant la densité de charge montrent que les interactions polaires sont favorables à la rétention dans l’eau. Notre choix de départ, qui consistait à faire varier la structure des composés d’arôme afin d’apprécier son effet sur le phénomène rétention-libération des composés d’arôme, s’est avéré concluant, et le groupe de 28 composés permet effectivement de mener une étude quantitative des relations structure-propriété. Cette démarche QSAR pourra se transposer à des systèmes alimentaires simples ou complexes.

An integrated approach physicochemistry and structures activity relationships has been carried out to study the aroma compounds retention-release phenomenon in a fat free dairy gel added with pectin. This study aimed to identify the molecular properties that govern this phenomenon assuming that modifying the structure leads automatically to a change in the retention-release of aroma compounds. For this purpose, we have determined the partition coefficients of 28 aroma compounds in water, in pectin gels and in dairy gels supplemented or not supplemented with pectin, at equilibrium conditions using the PRV method (Phase Ratio Variation). Then, we have performed a structure-retention relationships study for the aroma compounds by estimating correlations between the partition coefficients and four descriptors representing four molecular properties: Global hydrophobicity, molecular area, polarizability and negative charge density. Our methodology concerning the structure-activity relationships study (SAR) consisted on studying a varied range of aroma compounds in terms of molecular structure, first taking into account all of them in the same set, then in separated subgroups according to a given structural particularity in order to reveal which structural particularities control the retention-release phenomenon. The comparison of retention between the several media has not shown any effect of pectin. Structure-activity relationships studies have shown the impact of some structural particularities like branching and double linking. They have also shown that the global hydrophobicity was not the best molecular property to explain the phenomena involved in the interactions between aroma compounds and matrix components (water and dairy gel). Molecular area and polarizability are more likely to report of aroma retention-release. Correlations implying molecular area, polarizability or global hydrophobicity confirm that van der Waals (especially Keesom and London) are involved in the retention in dairy gels and unfavourable in the retention in water. Correlations implying negative charge density show that polar interactions are favourable in the retention in water as well. Our strategy which consisted on varying the structure of aroma compounds to exanimate its effect on the retention-release phenomenon was found to be effective, and the set of 28 aroma compounds allowed as leading a quantitative structure-property relationships study. This QSAR approach can be transposed to simple or complex food systems., Une approche intégrée physicochimie et relations structure-activité a été mise en œuvre afin d’étudier le phénomène rétention-libération des composés d’arôme dans un gel laitier allégé additionné de pectine. Notre objectif était d’identifier les propriétés moléculaires qui régissent ce phénomène en supposant que la modification de la structure entraîne forcement un changement dans la rétention-libération des composés d’arôme. Dans ce but, nous avons déterminé les coefficients de partage de 28 composés d’arôme dans l’eau, dans des gels de pectine et dans des gels laitiers avec ou sans de pectine, à l’équilibre en utilisant la méthode PRV (Phase Ratio Variation). Nous avons ensuite effectué une étude des relations structure-rétention en évaluant les corrélations entre les coefficients de partage et quatre descripteurs traduisant quatre propriétés moléculaires : l’hydrophobie globale, la surface moléculaire, la polarisabilité et la densité de charge négative. Notre démarche d’étude des relations structure-activité (Structure-Activity Relationships, SAR) consistait à étudier des composés d’arôme appartenant à une gamme de structures variée, dans un même ensemble, puis en sous-groupes en fonction d’une particularité structurale donnée afin de révéler les particularités de la structure qui influent sur le phénomène rétention-libération. La comparaison des rétentions entre les milieux n’a pas montré l’existence d’un effet pectine. Les études des relations structure-activité ont montré l’impact de certaines particularités structurales telles que la ramification et la double liaison sur la rétention. Elles ont également montré que l’hydrophobie globale des molécules n’était pas la propriété moléculaire la plus à même d’expliquer les phénomènes impliqués dans les interactions de molécules odorantes avec les constituants du milieu (eau ou gel laitier). La surface et la polarisabilité rendent mieux compte des rétentions des composés d’arôme. Les corrélations impliquant la surface, la polarisabilité et l’hydrophobie globale, confirment que les interactions de type van der Waals (essentiellement Keesom et London) sont favorables à la rétention dans les gels laitiers et défavorables à la rétention dans l’eau. De même, les corrélations impliquant la densité de charge montrent que les interactions polaires sont favorables à la rétention dans l’eau. Notre choix de départ, qui consistait à faire varier la structure des composés d’arôme afin d’apprécier son effet sur le phénomène rétention-libération des composés d’arôme, s’est avéré concluant, et le groupe de 28 composés permet effectivement de mener une étude quantitative des relations structure-propriété. Cette démarche QSAR pourra se transposer à des systèmes alimentaires simples ou complexes.

They are responsible for olfactory perception, and are determinant for organoleptic quality explaining consumer preference. In order to improve the understanding of stimuli generation during food consumption, this work aimed at studying aroma compounds release by modelling mass transfer in real food matrices. The work consisted in two major steps: i) identification of aroma compounds properties ii) analysis of mass transfer, from in vitro systems to in vivo systems (the mouth during food consumption). Knowledge of physicochemical properties is a prerequisite for mass transfer models. The first part of this work thus consisted in their determination. They are divided in two groups: equilibrium properties between two phases (the partition coefficient) and dynamic properties (the diffusion coefficient and the mass transfer coefficient). A new method for processing the experimental data from the PRV (Phase Ratio Variation) was developed for 12 aroma compounds. The partition coefficient varied from 3·10-5 to 3·10-2, coupled with the confidence interval calculation with all the available degrees of freedom. To determine the diffusion coefficient of aroma compounds in complex food matrices, an experimental cell was designed for this purpose, based on the mass transfer simulation, and validated on model matrices. Experimental measurements were then carried out on complex food matrices, allowing the determination of the diffusion coefficients and their variations based on the matrix composition (type of proteins) and the mechanical treatment. The associated confidence interval of the diffusion coefficient was calculated for ethyl hexanoate in different yogurts with various fat and protein ratio. Using a static headspace device, an analysis of the mass transfer mechanisms and its modelling showed that the partition and the diffusion coefficients could be determined simultaneously. The release model was based on ethyl hexanoate in carrageen gels and showed that it is necessary to control the steps of the experimental protocol. Finally, a model of aroma compound release during in vivo consumption was developed. The model takes into account the physicochemical properties of aroma compounds and the physiological properties related to the subject. The model was established for, Les composés d'arôme sont des molécules volatiles présentes à de faibles concentrations dans les aliments. Ils sont responsables de la perception olfactive et constituent un critère déterminant de la qualité organoleptique expliquant les préférences des consommateurs. Afin de mieux comprendre la génération des stimuli lors de la consommation de produits, le travail avait pour objectif l'étude de la libération des composés d'arôme dans les matrices alimentaires réelles, en s'appuyant sur la modélisation des transferts de matière. La démarche mise en oeuvre repose sur : i) l'identification de propriétés des composés d'arôme (coefficients de partage et de diffusion), ii) l'analyse des transferts dans des systèmes in vitro jusqu'à des systèmes in vivo : la bouche consommant l'aliment. Les propriétés physicochimiques sont des données nécessaires aux modèles de transfert de matière. La détermination de ces propriétés a constitué la première partie de ce travail. Les propriétés sont de deux types : les propriétés à l'équilibre entre deux phases (le coefficient de partage) et les propriétés dynamiques (coefficient de diffusion et coefficient de transfert de matière). Un traitement innovant des données expérimentales obtenues par la méthode PRV (Phase Ratio Variation) a été proposé sur 12 molécules de composés d'arômes. Ce traitement permet de déterminer le coefficient de partage (variant entre 3·10-5 et 3·10-2) associé à son intervalle de confiance rigoureusement calculé avec l'ensemble des degrés de liberté disponibles. Concernant la détermination du coefficient de diffusion des composés d'arôme dans les matrices alimentaires complexes, une cellule expérimentale a été spécialement développée. Elle a été initialement conçue en s'appuyant sur la simulation des transferts de matière, puis validée sur des matrices simples. Ensuite, des mesures expérimentales sur des matrices complexes ont été réalisées et ont permis de déterminer le coefficient de diffusion et sa variation suivant la composition de la matrice (nature des protéines) et le procédé (traitement mécanique). L'intervalle de confiance associé à la détermination du coefficient de diffusion a été calculé pour l'hexanoate d'éthyle dans des yaourts de compositions variables en matière grasse et en protéines. Sur un système expérimental simple, nous avons également montré par une analyse des mécanismes de transfert et leur modélisation que le coefficient de partage et le coefficient de diffusion des composés d'arôme pouvaient être déterminés simultanément. Le modèle de libération des composés d'arôme exploité pour l'hexanoate d'éthyle dans des gels de carraghénane a mis en évidence le besoin de connaître et maîtriser les étapes du protocole expérimental. Enfin, un modèle de libération des composés d'arôme lors de la consommation in vivo a été développé. Le modèle prend en compte les propriétés physicochimiques de l'aliment propres aux composés d'arôme et à la matrice, mais également les paramètres physiologiques liés aux sujets. Ce modèle a été établi pour des sujets dits « avaleurs parfaits », qui ferment la cloison entre la bouche et le pharynx lors de la mise en bouche du produit et jusqu'à sa déglutition. Il a permis de simuler la libération des composés d'arôme comme l'hexanoate d'éthyle, le butanoate d'éthyle et l'acétate d'éthyle depuis le produit (yaourt) jusqu'à la cavité nasale des sujets, mais également de déterminer quels sont les paramètres limitants de la libération, notamment le débit respiratoire du sujet.

The objective of this work was to study the water diffusion in concentrated casein systems in order to evaluate the effects of the different constituents (water, caseins, fat content, dispersing aqueous phase). It was developed a new method in order to characterise the water diffusion within the dairy gel by pulsed-field-gradient spin-echo NMR technique (Nuclear Magnetic Resonance). The interest of T1-weighted spin-echo sequence consisted to characterise accurately the water self-diffusion coefficient by minimising the contribution of the fat protons. The influence of the chemical composition of the products was then studied and allowed us to establish a model integrating the effect of each parameter of composition on the water self-diffusion. Then, the influence of the structure of the gel affected by possible interactions between caseins network and the fat globule interface was determined. The water self-diffusion coefficients were reported for the fat-free and fatty products in solution. Finally the influence of coagulation on the properties of water holding capacity was evaluated from the NMR relaxation times. Both these studies allowed us to show the effects related to structure changes, in particular in gelled retentates containing fat globules with native membranes or partially damaged membranes. According to the nature and the composition of the aqueous phase / fat globule interface, the water diffusion and water holding capacity within the gel were modified., L`objectif de ce travail était d`étudier la diffusion de l`eau dans les concentrés de protéines laitières afin de hiérarchiser les effets des différents constituants (eau, caséines, matières grasses, phase aqueuse dispersante). Il a été développé une nouvelle méthode de caractérisation de la diffusion de l`eau au sein des gels laitiers par la technique de diffusion par Résonance Magnétique Résonance à champ pulsé. La séquence d`écho de spin pondérée T1 présente l`intérêt de pouvoir mesurer le coefficient de diffusion de l`eau en s`affranchissant du signal des protons de la matière grasse. L`influence de la composition chimique des produits a été étudiée et a permis d`établir un modèle intégrant l`effet de l`ensemble de ces paramètres de composition sur la diffusion de l`eau. Ensuite, l`influence de la structure des gels modulée par l`intermédiaire des interactions entre les caséines du réseau et l`interface des globules gras a été déterminée. La diffusion de l`eau a été caractérisée pour les produits maigres et gras en solution. Enfin, l`influence de la coagulation sur les propriétés de rétention de l`eau a été évaluée à partir des temps de relaxation RMN. Ces études conjointes ont permis de mettre en évidence des effets liés à des changements de structure, notamment dans des gels de rétentats dont la membrane des globules gras est native ou partiellement endommagée. Selon la nature et de la composition protéique de l`interface phase aqueuse / globule gras, les propriétés de diffusion et de rétention de l`eau au sein du gel sont modifiées.