Thèse dirigée par Lucile Montagne, UMR Physiologie, Environnement et Génétique pour l'Animal et les Systèmes d'Élevage (Pegase) 
Spécialité : Science de l'aliment

Résumé

La coacervation complexe est une séparation de phase liquide-liquide qui conduit à la formation d'une phase concentrée (coacervats). Ces coacervats permettent entre autres applications l’encapsulation efficace de molécules bioactives. Des travaux précédents focalisés sur le cas spécifique de la coacervation hétéroprotéique entre la lactoferrine (LF) et la β-lactoglobuline (β-LG), ont établi les conditions optimales de coacervation. L’objectif de ce projet de thèse était de déterminer l’influence de la force ionique sur le processus d’interactions et d’assemblage des protéines ainsi que sur l’état final des coacervats. Ce travail a montré que la coacervation complexe entre LF et β-LG est hautement sensible à la force ionique. Au-delà de 20 mM, le processus de coacervation était aboli mais pas l’interaction au niveau moléculaire entre les protéines. La simulation par méthode de Monte Carlo a permis de montrer que l'énergie libre d'interaction a diminué avec l’augmentation de la force ionique du milieu. La caractérisation rhéologique a mis en évidence des propriétés exceptionnelle des coacervats avec notamment une viscosité 2500 fois supérieure à celle des protéines individuelles utilisées à une concentration protéique équivalente. Une diminution de la température ou une légère augmentation de la force ionique entraine une augmentation de la rigidité et la viscosité des coacervats. Ces résultats contribuent à mieux comprendre les interactions impliquées dans les solutions fortement concentrées en protéines en vue de leurs applications dans des matrices alimentaires comme substituts au additifs texturants.

Mots clés : Coacervation complexe, Force ionique, Rhéologie, β-Lactoglobuline, Lactoferrine

Abstract

Complex coacervation is a liquid-liquid phase separation that leads to the formation of a highly concentrated phase or coacervates. The formed coacervates are proposed as carriers for bioactivesthanks to their high encapsulation efficiency under defined optimal processing conditions. In this thesis, we investigated the specific case of heteroprotein complex coacervation of two globular milk proteins; lactoferrin (LF) and β-lactoglobulin (βLG) under specific physicochemical conditions. We aimed to determine how the ionic strength affects i- the LF/βLG complex coacervation process and ii- the rheological properties of formed coacervates. We showed that a low ionic strengths, below 5 mM of added NaCl, promoted the coacervation process. Above 20 mM of added salt, the complex coacervation was abolished even if the interaction between the two proteins was still detected. Monte Carlo simulations demonstrated that the interaction free energy between the two proteins remarkably decreases with increasing ionic strength. In addition to that, a complete rheological characterization illustrated that coacervates exhibited a viscoelastic liquid-like behavior and showed exceptional viscosity, which was 2500 times higher than that found for individual proteins at equivalent total protein concentration. A decrease of the temperature or a small increase of the ionic strength enhanced the rigidity and the viscosity of the coacervates. These results allow better understanding of the involved interactions in concentrated protein solutions and open new avenues for the use of coacervates as texturizing agents in food matrices.

Key words: Complex coacervation, Ionic strength, Rheology, β-Lactoglobulin, Lactoferrin.