L’HHP et l’UHPH entraînent la déformation des GG du lait ainsi que la modification de leur membrane, principalement par l’adsorption des micelles de caséine et de leurs fragments comme l’homogénéisation conventionnelle (Lodaite et al., 2009). Les opportunités des UHPH dans l’industrie alimentaire sont diversifiées. Elles sont utilisées pour le chauffage, la pasteurisation, la stérilisation, l’inactivation des enzymes ainsi que la déformation des particules.
1.1.2.3.2.1 Augmentation de la température durant l’HHP et l’UHPH
Lors des traitements par HHP et par UHPH, l’augmentation de la température du lait varie entre 16,6 et 21,12 °C par 100 MPa (Hayes and Kelly, 2003, Thiebaud et al., 2003, Hayes et al., 2005, Pereda et al., 2007, Roach and Harte, 2008, Amador-Espejo et al., 2014). Ces augmentations de température peuvent provoquer la dénaturation des protéines sériques lors de l’homogénéisation du lait écrémé à de hautes pressions.
1.1.2.3.2.2 Pasteurisation et stérilisation
En général, les réactions pouvant survenir durant la pasteurisation thermique du lait sont moins importantes lors des traitements d’HHP et d’UHPH telles que la réaction de Maillard, la dénaturation des protéines et l’isomérisation du lactose (Pereda et al., 2009). En conséquence, l’HHP offre une meilleure protection des acides aminés essentiels et de
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la valeur nutritionnelle que la pasteurisation par la chaleur (Pereda et al., 2009). Un traitement d’UHPH à une pression de 200 MPa et une température d’entrée de 24 °C a un effet similaire au procédé de pasteurisation (30 min à 63°C) sur la réduction du compte de bactéries totales et presque 3 unités de log après un traitement à 300 MPa à une température d’entrée à 24 °C (Thiebaud et al., 2003). L’utilisation d’un traitement d’UHPH à 300 MPa et à des températures d’entrée de 75 et 85 °C permettrait d’atteindre la stérilisation du lait entier (Amador-Espejo et al., 2014).
1.1.2.3.2.3 Réduction ou inactivation de l’activité enzymatique
Les traitements UHPH permettent de réduire ou inhiber l’activité des enzymes du lait, tout dépendant de la pression d’homogénéisation appliquée et de la température d’entrée. Pereda et al. (2007) ont observé une inactivation complète de l’enzyme lactoperoxydase à un traitement d’UHPH à 300 MPa pour un lait entier cru alors que Hayes et al. (2005) ont observé une inactivation totale à 250 MPa avec une température d’entrée à 45°C. Hayes et al. (2005) ont remarqué une inactivation de la plasmine de 85 et 95% dans le lait entier cru pour un traitement d’UHPH à 150 et 250 MPa respectivement. Hayes et al. (2005) ont observé que pour un lait entier cru traité aux UHPH à 200 et 250 MPa et 45°C, le test rapide de la phosphatase alcaline était négatif. Pereda et al. (2007) ont remarqué une inactivation complète de la phosphatase alcaline pour des traitements d’UHPH à 200 et 300 MPa avec des températures d’entrée de 30 et 40°C.
1.1.2.3.2.4 Impact sur la taille des micelles de caséine
Durant l’homogénéisation (HHP et UHPH), les micelles de caséine sont soumises à des forces pouvant entraîner leur dissociation. Plusieurs groupes de recherche ont remarqué une diminution de la taille des micelles de caséine entre 114 et 186 MPa (Sandra and Dalgleish, 2005, 2007) ou une diminution linéaire de 0 à 200 MPa (environ 30%) (Roach and Harte, 2008). D’un autre côté, d’autres ont observé une diminution de la taille à partir de 200 MPa (Hayes and Kelly, 2003, Lodaite et al., 2009) jusqu’à 300 MPa (Lodaite et al., 2009). Toutefois, quelques auteurs n’ont pas observé de diminution de la taille des micelles de caséine à des pressions inférieures à 150 MPa (Hayes and Kelly, 2003,
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Lodaite et al., 2009). De plus, pour des pressions inférieures à 186 MPa, la taille moyenne des micelles de caséine diminue avec l’augmentation de la pression des UHPH et le nombre de passes, ce dernier facteur étant plus important à des pressions élevées (Sandra and Dalgleish, 2005).
À des pressions élevées de 300 et 350 MPa, une augmentation de la taille des particules de caséine a été observée (Roach and Harte, 2008). L’augmentation de la taille des micelles de caséine aux fortes pressions a également été observée pour les traitements hyperbares statiques (Huppertz et al., 2004). Deux hypothèses ont été avancées pour expliquer ce phénomène soient, la formation de complexe β-lactoglobuline-caséine ou l’agrégation des caséines (Roach and Harte, 2008). L’accroissement de la pression (> 250 MPa) (Roach and Harte, 2008) et de la température (75-80 °C) (Datta et al., 2005) durant l’homogénéisation provoque la dénaturation des protéines de lactosérum et augmentent les interactions avec la surface des micelles de caséine, ce qui favorise une augmentation de leur taille (Roach and Harte, 2008). Les hautes pressions pourraient également induire l’agrégation des micelles par l’affaissement des segments de caséines-κ et de la couche d’hydratation de surface; ce qui réduit les répulsions stériques entre les micelles (Roach and Harte, 2008). La désintégration des micelles de caséine serait causée par les effets de cavitation, de turbulence et de cisaillement durant l’application des UHPH (Paquin, 1999). Le traitement perturberait également les interactions hydrophobes et ioniques (Datta and Deeth, 1999).
1.1.2.3.2.5 Impact sur la taille des GG
Quelques auteurs ont observé une diminution de la taille des GG (Hayes and Kelly, 2003, Lodaite et al., 2009). Lodaite et al. (2009) ont remarqué une diminution de la taille des GG à des pressions de 100 à 300 MPa par rapport à ceux d’un lait non homogénéisé alors que Hayes and Kelly (2003) ont remarqué que la taille des GG des laits traités aux UHPH entre 150 et 250 MPa était numériquement plus petite que ceux traités à l’homogénéisation conventionnelle sans toutefois être significativement différente. L’effet négligeable des UHPH (100, 150 et 200 MPa) sur la taille des GG, comparé à
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celui de l’homogénéisation conventionnelle (18 MPa), a été expliqué par l’efficacité de l’homogénéisation qui varie selon l’état du GG (liquide ou solide) (Hayes and Kelly, 2003).
1.1.2.3.2.6 Propriétés de coagulation du lait écrémé et entier traités aux HHP et UHPH
L’impact des UHPH sur les propriétés fromagères du lait est peu documenté, car c’est seulement depuis 2006 que les homogénéisateurs de nouvelle génération pouvant être opérés à des pressions aussi élevées (jusqu’à 400 MPa) sont disponibles (Zamora and Guamis, 2014). Quelques études préliminaires ont été effectuées sur les propriétés de coagulation du lait à la présure et sur les fromages produits avec des laits traités aux UHPH (Zamora and Guamis, 2014).
Lait écrémé
Pour le lait écrémé, Sandra and Dalgleish (2007) ont vu une diminution du temps de prise lors de l’application d’une pression de 179 MPa avec six passages dans la valve d’homogénéisation alors que Lodaite et al. (2009) n’ont pas observé de différence pour un lait homogénéisé à 100 MPa, mais une diminution à 200 et 300 MPa. Lodaite et al. (2009) ont remarqué une augmentation de la vitesse de formation et de la fermeté du gel présure avec l’augmentation de la pression d’homogénéisation (100 à 300 MPa). Il y a une forte corrélation négative entre la taille des micelles de caséine et la fermeté du gel présure (Lodaite et al., 2009).
Lait entier
Plusieurs auteurs ont remarqué une diminution du temps de prise des laits traités aux UHPH à des pressions de 100, 130, 200, 230 MPa (Zamora et al., 2007), de 100 à 300 MPa (Lodaite et al., 2009) et 350 MPa (Zamora et al., 2012b). Alors qu’à des pressions de 300 et 330 MPa, aucune différence n’a été observée par rapport aux laits crus et
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pasteurisés non homogénéisés (Zamora et al., 2007). Quelques explications ont été élaborées pour associer la diminution du temps de prise au traitement UHPH. Pour les pressions de 100 et 130 MPa, la diminution du temps de prise pourrait être attribuée à une baisse du pH du lait suite au traitement UHPH (environ 0,2 unité) qui augmenterait l’activité de la chymosine (Zamora et al., 2007). La diminution du pH pourrait être attribuée à l’action de la lipase indigène résiduelle du lait et la libération d’acides gras après le traitement UHPH (Zamora et al., 2007). Quelques facteurs pourraient être en cause par rapport aux temps de coagulation différents entre les pressions de 200 et 300 MPa. Ces facteurs sont la concentration en caséine κ hydrolysée nécessaire à l’initiation de la coagulation, l’encombrement stérique causé par la dénaturation de la β- lactoglobuline, le changement de la concentration du calcium dans la phase soluble et colloïdale ainsi que le pH du lait (Zamora et al., 2007). Pour la pression à 350 MPa, la réduction de la taille des GG et l’augmentation de leur surface interfaciale ainsi qu’une dissociation partielle des micelles de caséine déclencheraient l’adsorption des caséines aux nouveaux GG formés ce qui augmenterait la disponibilité de la caséine-κ et réduirait le niveau critique de caséine-κ hydrolysée requis pour initier la coagulation (Zamora et al., 2012b).
Hayes and Kelly (2003) ont observé une vitesse de formation et une fermeté du gel présure plus élevées pour les laits homogénéisés (18-150 MPa) que pour les laits non homogénéisés. La pression d’homogénéisation a toutefois montré peu d’effets sur ce paramètre sauf pour la pression de 150 MPa (Hayes and Kelly, 2003). Les valeurs pour la vitesse de formation et la fermeté du gel pour le lait homogénéisé à 200 MPa sont significativement plus élevées que celles des laits homogénéisés à de plus basses pressions (< 200 MPa) (Hayes and Kelly, 2003). Lodaite et al. (2009) ont remarqué une légère augmentation de la vitesse de formation du gel avec l’augmentation de la pression d’homogénéisation (100 à 300 MPa) alors que la fermeté du gel augmente linéairement avec la pression. De plus, la vitesse de formation et la fermeté du gel ont augmenté pour les laits homogénéisés à 200 et 300 MPa comparées au lait cru non homogénéisé (Zamora et al., 2007) alors que celles du lait homogénéisé à 350 MPa sont plus élevées comparées au lait pasteurisé et homogénéisé (Zamora et al., 2012b).
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Les traitements d’UHPH ont un impact sur la teneur en humidité du caillé. L’humidité augmente avec l’augmentation de la pression (100 à 300 MPa) par rapport au lait cru non homogénéisé (Zamora et al., 2007). Quelques facteurs pourraient être responsables de cette augmentation d’humidité dans les caillés. Ces facteurs sont l’association des protéines de lactosérum dénaturées à la surface des micelles de caséine, la réduction de la taille des GG, l’incorporation de fragments de micelles de caséine et de protéines de lactosérum dénaturées sur la membrane des GG ainsi que la modification de la microstructure des gels (Zamora et al., 2007). Lorsque les protéines sériques sont dénaturées, elles s’associent aux micelles de caséine et provoquent un encombrement stérique nuisant à la coagulation du lait par la présure et à la contraction du caillé (Singh and Waungana, 2001). Également, les complexes paracaséine-protéine sérique ont la capacité de retenir plus d’eau (Singh and Waungana, 2001). L’homogénéisation réduit la taille des GG impliquant une augmentation du nombre de petits GG et une dispersion fine de la MG (Zamora et al., 2007). Aussi, l’homogénéisation modifie la membrane des GG par l’adsorption de caséines à la surface et les nouveaux GG interagissent avec la matrice de paracaséine nuisant ainsi à l’expulsion de l’eau durant la contraction du caillé (Walstra et al., 1985). La porosité ou la perméabilité (microstructure) du caillé sont directement liées à la capacité de rétention de l’eau des caillés (Green et al., 1983, Walstra et al., 1985, Lucey et al., 2001).
1.1.2.3.2.7 Fromages produits à partir de lait homogénéisé aux HHP ou UHPH
Lait entier
Les fromages fabriqués à partir de laits crus montrent une augmentation de la teneur en humidité qui est proportionnelle à la pression d’homogénéisation seulement jusqu’à 200 MPa (Kheadr et al., 2002, Escobar et al., 2011) ainsi qu’une forte diminution quand le lait cru est traité à des pressions de 300 MPa (Escobar et al., 2011). Les rendements fromagers augmentent avec la pression d’homogénéisation (100 à 300 MPa) comparés au lait cru non homogénéisé (Zamora et al., 2007). Aussi, une augmentation linéaire des rendements fromagers a été observée pour les fromages Queso-Fresco produits à partir de
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lait pasteurisé et homogénéisé de 0 à 300 MPa alors que ceux produits à partir de lait cru homogénéisé de 0 à 300 MPa, ont une relation proportionnelle qui s’arrête à 200 MPa (Escobar et al., 2011). Ces augmentations de rendement sont associées au gain d’humidité des fromages (Escobar et al., 2011). Kheadr et al. (2002) ont remarqué des comportements différents entre des fromages faits à base de lait entier homogénéisé ou d’un lait écrémé homogénéisé ajusté avec de la crème pasteurisée. Les fromages produits à partir de lait entier homogénéisé montraient une texture plus ferme et cohésive, tandis que les fromages faits de lait écrémé homogénéisé et standardisé avec la crème pasteurisée étaient plus souples (Kheadr et al., 2002). La matrice du fromage serait renforcée par la réduction de la taille des GG homogénéisés, qui permettrait aux micelles de caséine de s’associer plus étroitement (Kheadr et al., 2002). De plus, les traitements UHPH ont altéré la cohésion des grains (Zamora et al., 2012b). Ainsi il est difficile d’obtenir des grains homogènes pendant la production du fromage (Zamora et al., 2012b). Une autre difficulté survient durant l’étape de moulage : les grains ne se sont pas complètement entassés dû à leur faible déformabilité (Zamora et al., 2012b).
Pour résumer, l’homogénéisation de la crème est susceptible de modifier les propriétés fromagères du lait par une augmentation de la vitesse de formation du gel, de l’humidité des fromages, de la rétention lipidique et des rendements fromagers. L’UHPH et l’HHP du lait écrémé diminuent le temps de prise et augmentent la vitesse de formation et de la fermeté du gel.
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