Chapitre 1 : Revue de littérature
1.5 Utilisation des ferments producteurs d’exopolysaccharides
1.5.4 Effet des EPS sur la microstructure des yogourts et leurs propriétés
Les EPS sont produits durant la fermentation et l’acidification du milieu. Les propriétés des EPS (charge, flexibilité, volume hydrodynamique…) sont donc modifiées au fur et à mesure de leur production ce qui pourrait moduler leurs interactions avec les protéines (Mende, Peter et coll. 2013). Des ferments contenant des LB et/ou des ST producteurs d’EPS sont utilisés pour la fabrication de yogourts. La production d’EPS de chacune de ces souches n’intervient pas au même moment lors de la fabrication de yogourts. En effet, comme Hassan (2008) le fait remarquer, en général, les ST produiront la plus grande partie de leurs EPS durant leur phase de croissance, c’est-à-dire entre pH 6,8 et 5, tandis que les LB produiront des EPS seulement à partir de pH 5. Aujourd’hui, les diverses propriétés des EPS sont associées à certaines microstructures des gels laitiers et donc aux propriétés macroscopiques du gel.
La plupart des EPS produits par les ST et les LB sont neutres ou chargés négativement. Les EPS chargés négativement seront capables d’interagir avec les résidus positivement chargés du réseau protéique. Dans le cas des EPS neutres, les phénomènes de ségrégation et en particulier les phénomènes de déplétion floculation influencent les structures du gel (Hassan 2008; Mende, Peter et coll. 2013). L’incompatibilité entre les protéines et les polysaccharides neutres au niveau des pores du gel d’un yogourt peut provoquer des séparations de phases. La déplétion-floculation (Figure 1.23) est un cas extrême de la ségrégation observée dans les mélanges laitiers avec les micelles de caséine (de Kruif et Tuinier 2001; Corredig, Sharafbafi et coll. 2011). Il y a exclusion de volume entre le colloïde protéique et le polysaccharide lorsque le polysaccharide ne peut interagir avec la surface des micelles de caséines, entrainant une zone de déplétion autour de ces dernières. Avec les mouvements browniens, il ne peut y avoir chevauchement des zones de déplétion entre les micelles. Les polysaccharides étant exclus de ce volume à l’intersection des zones de déplétion, il y a une baisse de la pression osmotique dans cette zone. De son côté, la phase contenant les EPS monopolise une grande proportion de l’eau disponible, ce qui engendre une pression hydrodynamique sur les micelles. Cette pression force les micelles à réduire le volume qu’elles occupent et favorisant leur agrégation (de Kruif et Tuinier 2001).
Figure 1.23 : Mécanisme de déplétion-floculation entre un colloïde sphérique et un polymère n’interagissant pas. Adaptée de De Kruif et Tuinier 2001.
La structure des EPS (charge, ramification, poids moléculaire, flexibilité) leur confère différentes propriétés et détermine s’ils seront capables de gélifier ou même d’interagir avec les protéines du lait (Bullard 2011). D’après Mende, Rohm et coll. (2016), trois cas de figure sont possibles pour l’organisation structurale d’un gel laitier acide en présence d’EPS libres et neutres: i) les protéines s’organisent en un réseau continu où les EPS se retrouvent à l’intérieur des pores (Figure 1.24a); ii) les protéines s’organisent en particules de gels protéiques prises dans un enchevêtrement d’EPS (Figure 1.24b); iii) il y a formation d’un réseau biphasé avec les protéines dans une phase et les EPS dans une autre (non illustré). Si les EPS sont chargés, ils peuvent interagir avec le réseau protéique conduisant à l’obtention d’un gel couplé (mettre ici la référence appropriée- Morris, 1980 ou autre qui mentionne cela. Dans le cas des EPS capsulaires (CPS), le gel protéique s’organisera en très gros pores autour des bactéries avec une exclusion de volume entre le réseau protéique et la capsule d’EPS observable en microscopie confocale (Figure 1.25) (Hassan 2008). L’exclusion de volume entre les protéines et les CPS des bactéries favorise les phénomènes de déplétion-floculation engendrant une gélification à pH plus élevé avec un tan δ plus important (Hassan 2008). Ce type de phénomène a aussi été observé avec des EPS libres non chargés (Gentès, St-Gelais et coll. 2011).
Figure 1.24 : Schéma de l’organisation des caséines et des EPS libres neutres dans un gel laitier acide
Figure 1.25 : Observation par microscopie confocale à balayage laser du développement des microstructures du yogourt contenant des bactéries lactiques productrices d’exopolysaccharides
capsulaires (CPS) à pH 6,40 (a), 5,40 (b), 5,35 (c), 5,00 (d).
Les flèches rouges (Æ) indiquent les pores occupés par des bactéries lactiques, les flèches bleues (Æ) indiquent de zones d’agrégats protéiques. Le réseau protéique apparait en gris. Bar = 10 µm.
Selon les espèces et les conditions de fermentation, les EPS peuvent être produits à différents moments pendant la fabrication du yogourt et en quantités variables. Le moment d’apparition des EPS durant la fermentation a peu été étudié, cependant il a été rapporté que les EPS non chargés avaient plus d’impact lorsque produits avant la gélification du système (Mende, Rohm et coll. 2016). Les EPS produits avant la gélification diffusent facilement dans le lait permettant l’obtention d’un gel plus homogène comparativement à une production dans le gel (Mende, Rohm et coll. 2016).
L’effet de la concentration des EPS sur les propriétés des yogourts est encore l’objet de débats. Mende, Peter et coll. (2013) ont montré qu’avec l’ajout d’une concentration plus élevée d’EPS purifiés, le yogourt avait des propriétés modifiées, mais il n’y a pas d’évidence allant dans ce sens en ce qui concerne les EPS produits in
situ (Bullard 2011). Gentès, St-Gelais et coll. (2011) ont montré qu’il y avait un fort effet du poids moléculaire
sur la viscosité apparente du gel, mais ils n’ont pas relevé d’effet de la concentration des EPS. Ils ont également souligné l’importance des caractéristiques structurales des EPS sur le réseau protéique. Par exemple, les EPS chargés négativement apporteraient plus d’élasticité et de fermeté au gel via leurs interactions électrostatiques avec les résidus des caséines chargés positivement à pH 4,6 ou moins (Gentès, Turgeon et coll. 2016). À l’inverse, les EPS neutres sont à l’origine de microdomaines dus à la ségrégation entre le réseau de protéines et des zones contenant les EPS dans le sérum augmentant le caractère visqueux du gel au détriment du caractère élastique (Gentès, St-Gelais et coll. 2011; Mende, Rohm et coll. 2016). La rigidité et le degré de branchement des EPS influent aussi sur la viscosité des gels. À poids moléculaire identique, un EPS rigide et linéaire augmentera beaucoup plus la viscosité du gel lactique acide qu’une chaine d’EPS ramifiée et très souple (Gentès, Turgeon et coll. 2016). Également, Bullard, St-Gelais et coll. (2017) ont montré que la présence d’une souche produisant des EPS libres rigides non ramifiés neutres (LB 291) permettait d’augmenter la viscosité et la fermeté, alors qu’une souche produisant des CPS neutres (SP MR1C) nécessitait d’être associée avec une autre souche, telle que la souche LB 291, pour apporter des améliorations aux produits. En ce qui concerne le caractère filant des EPS, il est souvent relié à des yogourts très visqueux, mais ne semble pas influencer les propriétés élastiques du gel (Hassan 2008; Mende, Rohm et coll. 2016).
En général, les EPS ont tendance à améliorer la rétention du sérum dans le réseau gélifié (Gentès, St-Gelais et coll. 2011; Prasanna, Grandison et coll. 2013; Gentès, Turgeon et coll. 2016; Mende, Rohm et coll. 2016) et cet effet dépend de la nature de l’EPS produit et de leur effet sur le réseau protéique. D’une part, la nature glucidique des EPS permet d’augmenter la rétention d’eau via des liaisons hydrogène avec l’eau. D’autre part, leur impact sur la structure du gel caséique par exemple par la formation de pores plus gros, peut favoriser la synérèse. Certaines études rapportent une réduction de la synérèse plus marquée avec les EPS neutres que les EPS chargés (Folkenberg, Dejmek et coll. 2006; Gentès, St-Gelais et coll. 2011; Gentès, Turgeon et coll. 2016). Les propriétés filantes des EPS ont aussi été associées à des synérèses beaucoup plus faibles
(Folkenberg, Dejmek et coll. 2006). Il est à noter que la diversité des méthodes utilisées pour caractériser la synérèse dans le gel de yogourt contribue également à l’obtention de résultat variables et même contradictoires (Hassan 2008).