The milk fat globule membrane: physico-chemical studies and its techno-functional valorisation in buttermilk

Vanderghem Caroline. (2009). La membrane du globule gras du lait : études physico-chimiques et sa valorisation technofonctionnelle dans les babeurres (Thèse de doctorat en Anglais). Gembloux, Belgique, Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux. 198p., 14 tabl., 59 fig. RésuméLa membrane du globule gras du lait (MGGL) est une structure complexe qui enveloppe, protège et délivre des composants bioactifs et des nutriments d’une façon efficace au nouveau-né. Sa structure est unique par rapport à d’autres systèmes biologiques de transport de lipides. L’objectif général de ce travail a été de contribuer à augmenter les connaissances et la compréhension de cet émulsifiant naturel. La première partie de cette thèse concerne l’étude de la structure de la MGGL. L’importance des protéines membranaires concernant la stabilité et leur disposition dans la MGGL ont été étudiés. Les protéines de la MGGL sont présentes en petite quantité dans le lait et une technique de pré-fractionnement s’impose afin de les isoler par rapport aux autres protéines du lait (caséines et protéines du lactosérum). Une technique d’extraction qui a été développée dans notre laboratoire a été testée afin d’isoler la MGGL de la crème laitière. Une analyse détaillée a révélé que cette procédure est très bien adaptée pour l’élimination d’un maximum de protéines du lait écrémé. Une approche protéomique a été établie et a permis l’identification de protéines majeures de la MFGM ainsi que d’autres protéines mineures (GTP-binding proteins, annexins, actin) afin de compléter le protéome. Par la suite, différentes protéases ont été testées en vue d’obtenir différents degrés et/ou sélectivité d’hydrolyse des protéines de la MGGL. La distribution asymétrique des protéines de la MGGL a été étudiée par une approche basée sur l’attaque protéolytique du globule gras natif. Sur base de nos résultats et des données bibliographiques récentes, un nouveau modèle de la structure de la MGGL est proposé.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à évaluer les propriétés technofonctionnelles de la MGGL dans les babeurres. Les propriétés interfaciales, moussantes et émulsifiantes du babeurre sont comparées à d’autres ingrédients laitiers comme le lait écrémé et le concentré protéique de lactosérum. Nos résultats montrent le bon pouvoir émulsifiant du babeurre en comparaison des autres ingrédients laitiers. Dans les émulsions recombinées, la stabilité envers le crémage a été améliorée et les membranes ont présenté une meilleure résistance face à la coalescence. Les résultats sur la tension interfaciale et les propriétés rhéologiques interfaciales ont été mis en relation avec certaines propriétés des mousses et des émulsions. Vanderghem Caroline. (2009). The milk fat globule membrane: physico-chemical studies and its techno-functional valorisation in buttermilk (Thèse de doctorat). Gembloux, Belgium, Gembloux Agricultural University, 198p., 14 tabl., 59 fig. SummaryThe milk fat globule membrane (MFGM) is a complex structure that surrounds, protects and delivers bioactive compounds and nutrients in an efficient manner to the neonate. Its structure is unique in relation with any other biological lipid transport system. The overall aim of this work was to contribute to increase the knowledge and comprehension of this natural emulsifier. The first part of this thesis concerned the study of the structure of the MFGM. Membrane proteins were targeted and their importance regarding stability and disposition in the MFGM was studied. MFGM proteins are present at low concentrations in milk and a pre-fractionation of the sample is required in order of MFGM proteins to be visible among other milk proteins (caseins and whey proteins). A mild procedure developed in our laboratory was tested in order to isolate MFGM from cream. Detailed analysis revealed that this procedure is very well suited for the elimination of a maximum of skim milk proteins. A proteomic approach was established and allowed the identification of the most important MFGM proteins and additional minor MFGM proteins for additional completion of the proteome (GTP-binding proteins, annexins, actin). Subsequently, different proteases were screened in an attempt to obtain different degrees and/or selective proteolysis of MFGM proteins. Asymmetric arrangement of MFGM proteins was studied with an approach based on the proteolytic attack on the native fat globule. Based on our results and recent bibliographic data, an updated model of the MFGM structure was proposed.The second part of this thesis was devoted to assess the techno-functional properties of the MFGM in buttermilks. Interfacial, foaming and emulsifying properties of buttermilk were assessed and compared to classic milk ingredients such as skim milk and whey protein concentrate. Our results highlighted that buttermilk possesses good emulsifying power compared to other milk ingredients. In buttermilk recombined emulsions stability towards creaming was improved and the recombined membrane presented a great resistance to coalescence. Results of the interfacial pressure and the interfacial rheological properties were related to some foams and emulsions properties.