Micelles de caséines

Structure des suspensions de micelles de caséines par SAXS, USAXS et cryo-microscopie électronique

Par le passé de nombreux travaux ont proposé deux modèles différents pour la structure interne des micelles de caséines. Un premier modèle décrit l'intérieur de la micelle comme un regroupement de sous-micelles d'une dizaine de nanomètres (Walstra, 1999). Un deuxième modèle décrit l'intérieur des micelles comme une matrice de protéines uniforme (De Kruif et Holt, 2003).

Nos mesures de SAXS et USAXS ont permis d'observer, pour la première fois, la structure des micelles de caséines sur un domaine étendu d'échelles de longueurs allant de 2 nm à 1000 nm.

L'ensemble des résultats obtenus sur les dispersions de laits écrémés modèles (Low heat, PPCN) ou de laits frais écrémés, présentent les mêmes profils de l'intensité diffusée en fonction du vecteur d’onde I(q) (Fig. 1) avec un point d'inflexion aux grands vecteurs d'onde et un épaulement aux plus petits vecteurs d'onde.

Cette courbe révèle une organisation des micelles de caséines à plusieurs niveaux hiérarchiques d'échelles de longueurs, modélisée par la fonction unifiée de Beaucage. L'analyse de ces courbes de diffusion a permis d'apporter un argument fort en faveur d'une organisation des caséines selon le modèle de chaînes de pelotes statistiques conduisant à unematrice de protéines uniforme et démontre l'absence de structures "submicellaires" (Pignon et al. 2004).

Ces résultats obtenus par diffusion de rayonnements x ont été confirmés par des mesures de cryo-microscopie électronique à transmission qui ont permis d’observer la structure interne des micelles constituées d'un réseau complexe hétérogène de caséines dans lequel sont distribués les grains nanométriques de phosphate de calcium (Fig. 2) (Marchin et al. 2007).

Cette avancée résout un débat existant depuis plusieurs années sur l’organisation interne des micelles de caséines qui est au cœur des mécanismes d’agrégation et de gélification utilisés industriellement à grande échelle dans les procédés technologiques de transformations du lait.

Références

• Pignon F., Belina G., Narayanan T., Paubel X., Magnin A. and Gésan-Guiziou G.,"Structure and rheological behavior of casein micelle suspensions during ultrafiltration process", The Journal of Chemical Physics, 121(16), 8138-8146 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1800931

• Marchin S., Putaux J.L., Pignon F. and Léonil J., "Effects of the environmental factors on the casein micelle structure studied by Cryo-TEM and SAXS/USAXS", The Journal of Chemical Physics, 126, 045101 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2409933

• Wastra P., Int. Dairy J., 9, 189-192 (1999).

• De Kruif C. G., Holt C., Advances dairy Chemistry I, Part A. Proteins, 233-276 (2003).

• G. Beaucage, J. Appl. Cryst., 28, 717 (1995).