Sensibilité à la force ionique de la coacervation complexe entre β-lactoglobuline et lactoferrine : des interactions protéine-protéine à la caractérisation des coacervats

Ionic strength sensitivity of complex coacervation between ß-lactoglobulin & lactoferrin : From protein-protein interactions to the characterization of the coacervates

• Auteur / Autrice : Rima Hachfi Soussi
• Direction : Saïd Bouhallab, Marie-Hélène Famelart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'aliment
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie, Alimentation (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et technologie du lait et de l'œuf
• Jury : Président / Présidente : Thomas Croguennec
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rémi Saurel, Marie-Hélène Morel

Mots clés

Mots clés libres

Coacervation complexe

Force ionique

Rhéologie

Lactoferrine

Complex coacervation

Ionic strength

Rheology

Lactoferrin

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 ß-lactoglobuline (ßLG), 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 ßLG 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.

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 bioactives thanks 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 ß-lactoglobulin (ßLG) under specific physicochemical conditions. We aimed to determine how the ionic strength affects i- the LF/ßLG complex coacervation process and ii- the rheological properties of formed coacervates. We showed that a low ionic strength, 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 coacervatesas texturizing agents in food matrices.