Figure 25 .Courbe montrant l’évolution des coefficients de diffusions déterminés de la matrice 1 3 en fonction de la masse des fluorophores à l’échelle logarithmique
1 10 100 1000 1 10 Co e ff ic e n t d e d iff u si o n e n µ m 2.s -1 à l'é ch e lle logar ith m iq u e
logarithme des masses de fluorophores.
Matrice 3
Matrice 1
40 La gélatine possède des propriétés texturantes bien connues dans l’agroalimentaire. Elle modifie le réseau par son nombre de liaison d’enchevêtrement constaté dans le cas de la matrice 3 (Loren et al 2010, Papon et al 2002), lors de la microstructure. D’ailleurs c’est la tacticité, c'est-à-dire la manière dont les monomères sont reliés les uns aux autres dans une chaine de polymère qui va déterminer les microstructures que celui-ci peut former car elle a une influence directe sur la rigidité de la chaine. Bien qu’ici la rigidité c'est-à-dire le module d’Young n’a pas été caractérisée, dans notre cas à 19°C, cette tacticité s’est ressenti à travers d’autres paramètres mécaniques. Elle possède la propriété de diminuer la dureté. La matrice 3 est 2 fois moins résistante à la compression axiale d’un corps dure que la matrice 1. En revanche la matrice 3 est 4 fois plus élastique. alors que les effets des forces d’interactions au sein de ces gels ( la cohésion) sont les mêmes que ceux avec la matrice 1 sous la compression axiale. Le module de perte sous des contraintes de cisaillement est aussi pareil. D’une même cohésion et d’un même module de perte entre la matrice 1 et 3, on considèrera la matrice 3 molle, élastique et moins viscoélastique. De plus selon Cabane et al (2002) le module élastique du gel est proportionnel au nombre de chemins mécaniques qui le traverse. On s’attend alors que cela soit un gel dense qui retarde la diffusion. Ce qui est alors constaté une très forte diminution. De plus étant donné la structure de la matrice 3, on pourrait se poser la question, si cette diminution n’est pas une véritable diminution du à la propre viscosité de la gélatine. Les données de la viscosité de la gélatine n’ont pas été fourni. Mais selon la littérature, les gélatines de types B auraient une viscosité compris entre 2 mPa.s et 7 mPa.s. En utilisant l’équation de Stockes-Einstein et en balayant les valeurs de viscosité, il se pourrait que la viscosité soit de 7 mPa.s. Cette viscosité donne alors les valeurs suivantes 21, 9, 6, 5 mPa.s respectivement pour le 4, 20 ,40, 70.kDa.
Figure 26 .Courbe montrant l’évolution des coefficients de diffusions déterminés de la matrice 1 3 en fonction de la masse des fluorophores avec ajustement de ces courbes à une loi de puissance.
y = 136,82x-0,98 y = 243,93x-0,634 R² = 0,9958 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 20 40 60 80 Co e ff ic e n t d e d iff u si o n e n µ m 2.s -1
Masse du flurophore en kDa
Matrice 3 Matrice 1
Puissance (Matrice 3) Puissance (Matrice 1)
41 Afin d’expliquer d’une autre manière le comportement des coefficients de diffusion sur la matrice gélatine utilisons alors le modèle Rouse/Reptation (1953) qui est donnée par la relation D=b.M-a avec l’exposant et b un paramètre propre aux matériaux. Cette équation est souvent proposée pour décrire l’équation d’auto diffusion de chaines de polymères avec a variant de 0.55 pour les systèmes dilués à 2 dans les systèmes concentrés. Ces variations sont expliquées en termes de transitions du modèle de Rouse au modèle de Reptation. Dans le cas du modèle de Rouse, la chaine migre d’une conformation sphérique (a=0.6) à une conformation ellipsoïdale (0.6<a<2) ; tandis que dans le modèle de reptation (qui correspond à l’équation pour a=2), les extrémités sont enchevêtrées et seule le centre de la molécule peut bouger. De ce fait, son comportement est semblable à celui d’un ver. Si on tient compte de cette théorie avec un paramètre a qui vaut 0.98 pour la matrice 3 et 0.6 pour la matrice 1 ( qui est aussi le cas de l’eau). Figure 26 ; Les FITC-Dextrans migrent avec une conformation ellipsoïdale plus allongée dans la matrice 3 que dans la matrice 1. On en déduit alors que la matrice 3 molle dense élastique et surement visqueuse, déforme la migration sphérique pour arriver une conformation ellipsoïdale des solutés.
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Conclusion et perspectives
Le principal objectif de ce stage était d’arriver à mieux cerner le phénomène de diffusion de solutés modèles de différentes tailles, en relation avec la composition et la microstructure de la matrice fromagère en utilisant la technique de FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)
Pour cela nous avons utilisé les solutés fluorescents FITC-Dextrans de 4 à 150 kDa. On a utilisé le modèle de Braga (2004) pour étudier la diffusion de ces solutés fluorescents dans des matrices fromages modèles. Ces matrices sont constantes en teneur d’eau et en activité d’eau. Ce sont aussi des matrices qui évitent la synérèse après la coagulation par la présure. Ces matrices ont montré qu’il existe de fort lien entre les propriétés rhéologiques et le phénomène de diffusion. La matrice la plus molle et la plus élastique est alors la plus dense et diminue le coefficient de diffusion.. Ils ont aussi montré que tous nous solutés diffusent de 4 à 71 kDa. Ils laissent donc à priori supposer qu’une large gamme de soluté diffusent ainsi que les métabolittes produits. Cependant les coefficients de diffusions n’ont été validés que de 4 à 70 kDa, et il faudrait en perspective essayer de valider le protocole de FRAP sur le 150 kDa et voir plus si possible. En considérant le modèle de Rouse/Reptation, cela aurait été utile de déterminer les pores des matrices gélifiées afin de pouvoir émettre des hypothèses sur la diffusion. Cette détermination est fondée sur la transition de la limiteRouse/Reptation (Pluen et al 1999). Si on découvre à quelle masse ou quelle taille, les molécules migrent en forme de réptation, alors on pourra déterminer les pores des gels et avoir une idée beaucoup plus globale des molécules qui diffuseront. On pourrait aussi tenter de modéliser le comportement rhéologique des matrices avec des modèles ressort amortisseur . Cela nous aiderait à mieux comprendre le comportement rhéologique des matrices fromagères modèles . A notre niveau d’observation, on a bien remarqué que c’est la rhéologie qui influence d’avantage nos migrants.
D’autre part ces FITC-Dextrans sont neutres et solubles, il faudrait alors étudier des solutés chargés afin de savoir si la réponse sera la même. En effet car il existe aussi des solutés qui sont chargés et qui diffusent pour atteindre la bactérie et aussi des produits métabolites qui diffusent dans la matrice fromagère.
Il faudrait aussi essayer de modifier la forme des solutés FITC-Dextrans, et aussi lui appliquer, le modèle de Rouse/Reptation.
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