Study of moleculars interactions in the formation of thermal aggregats beteween pea globulins and beta-lactoglobulin : application to developement of acids gels

Dans un contexte de diversification des sources protéiques alimentaires, les protéines de pois représentent un ingrédient de choix et pourraient être associées à des protéines laitières comme celles du lactosérum dans la fabrication de nouveaux aliments. Dans ce travail, le comportement d’agrégation thermique (1h à 85°C), préalable à une gélification acide, des globulines de pois (Glob) seules et en mélange avec la β-lactoglobuline (βlg), a été étudié en fonction de la concentration totale en protéine, du ratio massique βlg/Glob et de la force ionique. La caractérisation des agrégats solubles a été réalisée par une combinaison de techniques analytiques telles que la détermination de l’hydrophobicité de surface, la quantification des ponts disulfures, la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la chromatographie d’exclusion de taille (SEC-HPLC) et l’électrophorèse SDS-PAGE. La formation d’agrégats mixtes semble être gouvernée par des interactions intermoléculaires non covalentes, mais aussi des liaisons covalentes entre la βlg et les sous-unités de légumine notamment à faible force ionique (5 mM NaCl). Ces dernières semblent contrôler les caractéristiques méso-structurales des agrégats mixtes formés (haut poids moléculaire et diamètre réduit 150 nm). Le deuxième volet de l’étude concernait la formation de gels acides obtenus par acidification au glucono-δ-lactone, soit à partir des agrégats mixtes solubles caractérisés précédemment, soit à partir de mélanges d’agrégats thermiques de chaque protéine obtenus séparément. Les différents paramètres liés à la cinétique d’acidification et à la gélification (temps et pH de transition sol/gel, propriétés mécaniques par rhéologie dynamique et analyse de la microstructure par Microscopie Confocale à Balayage Laser, capacité de rétention d’eau) ont été évalués. Les résultats démontrent que les agrégats mixtes issus des mélanges thermisés des deux protéines permettent d’obtenir des gels plus élastiques avec une structure fibrillaire plus ordonnée et moins poreuse, avec des caractéristiques proches de celles des gels formés d’agrégats purs de Blg.In the context of protein source diversification, pea protein is a promising ingredient and may be associated with milk proteins such as whey proteins in the production of new food products. In the present work, the thermal aggregation (85°C - 1 h) of pea globulins (Glob) alone and in admixture with β-lactoglobulin (βlg), prior to acid gelation, was studied as a function of total protein concentration, βlg/Glob weight ratio and ionic strength. The characterization of soluble aggregates was carried out by combining different analytical methods such as surface hydrophobicity determination, disulfide bridge quantification, dynamic light scattering (DLS), size exclusion chromatography (SEC-HPLC) and SDS-PAGE electrophoresis. The formation of mixed aggregates seems to be governed by non-covalent intermolecular interactions, but also by covalent bonds between βlg and legumin subunits at low ionic strength (5 mM NaCl). The latter seem to control the structural features of mixed aggregates (high molecular weight and reduced diameter 150 nm). The second part of this work investigated the formation of acid gels by glucono-δ-lactone, obtained either from soluble mixed aggregates such as characterized previously, either from mixtures of thermal aggregates of the two proteins prepared separately. The parameters associated to acidification kinetics and gelation (time and pH at sol/gel transition, mechanical properties by dynamic rheology and microstructure analysis by Confocal Scanning Laser Microscopy, water holding capacity) were evaluated. The results showed that mixed aggregates from heat-treated initial mixtures of the two proteins provides more elastic acid gels with a more regular and less porous fibrillar structure having close characteristics to those of pure βlg gels

Etude des interactions dans la formation d'agrégats thermiques mixtes entre globulines de pois et béta-lactoglobuline : application à l'élaboration de gels acides

In the context of protein source diversification, pea protein is a promising ingredient and may be associated with milk proteins such as whey proteins in the production of new food products. In the present work, the thermal aggregation (85°C - 1 h) of pea globulins (Glob) alone and in admixture with β-lactoglobulin (βlg), prior to acid gelation, was studied as a function of total protein concentration, βlg/Glob weight ratio and ionic strength. The characterization of soluble aggregates was carried out by combining different analytical methods such as surface hydrophobicity determination, disulfide bridge quantification, dynamic light scattering (DLS), size exclusion chromatography (SEC-HPLC) and SDS-PAGE electrophoresis. The formation of mixed aggregates seems to be governed by non-covalent intermolecular interactions, but also by covalent bonds between βlg and legumin subunits at low ionic strength (5 mM NaCl). The latter seem to control the structural features of mixed aggregates (high molecular weight and reduced diameter 150 nm). The second part of this work investigated the formation of acid gels by glucono-δ-lactone, obtained either from soluble mixed aggregates such as characterized previously, either from mixtures of thermal aggregates of the two proteins prepared separately. The parameters associated to acidification kinetics and gelation (time and pH at sol/gel transition, mechanical properties by dynamic rheology and microstructure analysis by Confocal Scanning Laser Microscopy, water holding capacity) were evaluated. The results showed that mixed aggregates from heat-treated initial mixtures of the two proteins provides more elastic acid gels with a more regular and less porous fibrillar structure having close characteristics to those of pure βlg gels.Dans un contexte de diversification des sources protéiques alimentaires, les protéines de pois représentent un ingrédient de choix et pourraient être associées à des protéines laitières comme celles du lactosérum dans la fabrication de nouveaux aliments. Dans ce travail, le comportement d’agrégation thermique (1h à 85°C), préalable à une gélification acide, des globulines de pois (Glob) seules et en mélange avec la β-lactoglobuline (βlg), a été étudié en fonction de la concentration totale en protéine, du ratio massique βlg/Glob et de la force ionique. La caractérisation des agrégats solubles a été réalisée par une combinaison de techniques analytiques telles que la détermination de l’hydrophobicité de surface, la quantification des ponts disulfures, la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la chromatographie d’exclusion de taille (SEC-HPLC) et l’électrophorèse SDS-PAGE. La formation d’agrégats mixtes semble être gouvernée par des interactions intermoléculaires non covalentes, mais aussi des liaisons covalentes entre la βlg et les sous-unités de légumine notamment à faible force ionique (5 mM NaCl). Ces dernières semblent contrôler les caractéristiques méso-structurales des agrégats mixtes formés (haut poids moléculaire et diamètre réduit 150 nm). Le deuxième volet de l’étude concernait la formation de gels acides obtenus par acidification au glucono-δ-lactone, soit à partir des agrégats mixtes solubles caractérisés précédemment, soit à partir de mélanges d’agrégats thermiques de chaque protéine obtenus séparément. Les différents paramètres liés à la cinétique d’acidification et à la gélification (temps et pH de transition sol/gel, propriétés mécaniques par rhéologie dynamique et analyse de la microstructure par Microscopie Confocale à Balayage Laser, capacité de rétention d’eau) ont été évalués. Les résultats démontrent que les agrégats mixtes issus des mélanges thermisés des deux protéines permettent d’obtenir des gels plus élastiques avec une structure fibrillaire plus ordonnée et moins poreuse, avec des caractéristiques proches de celles des gels formés d’agrégats purs de Blg

Acid gelation of mixed thermal aggregates of pea globulins and β-lactoglobulin

International audienceThe acid gelation by glucono-delta-lactone of thermal protein aggregates from mixed pea globulin (Glob) and beta-lactoglobulin (beta lg), namely "mixed-aggregates", was investigated at 25 degrees C in comparison to that of mixtures of thermal aggregates of each protein obtained beforehand separately ("mixtures of aggregates"). A phase diagram indicating thermal gelation and acid gelation conditions was obtained from mixed protein systems varying in concentration and composition. The minimum acid gelation concentration was 3% regardless of the protein aggregates system, a value about half the concentration threshold measured for thermal gelation. The rheological properties, the microstructure and the water holding capacity (WHC) of acid gels were then evaluated from 4 wt% protein aggregate solutions at different beta lg/Glob weight ratios (0/100, 30/70, 50/50, 70/30 and 100/0). Acid gelation led to weak viscoelastic gels and the gel strength increased with beta lg content. The formation of acid gel from "mixed-aggregates" resulted in more elastic gels and improved WHC compared to gels resulting from "mixtures of aggregates". This behavior seemed to correlate with the regular filamentous and highly entangled gel network structure observed for mixed-aggregates. These properties were believed to originate from the initial structure of the thermal protein aggregates strongly influenced by beta lg content

Heat-Induced Soluble Protein Aggregates from Mixed Pea Globulins and β-Lactoglobulin

International audienceThe present work investigates the formation of protein aggregates (85 degrees C, 60 min incubation) upon heat treatment of beta-lactoglobulin (beta lg) pea globulins (Glob) mixtures at pH 7.2 and 5 mM NaCl from laboratory-prepared protein isolates. Various beta lg/Glob weight ratios were applied, for a total protein concentration of 2 wt % in admixture. Different analytical methods were used to determine the aggregation behavior of "mixed" aggregates, that is, surface hydrophobicity and also sulfhydryl content, protein interactions by means of SDS-PAGE electrophoresis, and molecule size distribution by DLS and gel filtration. The production of "mixed" thermal aggregates would involve both the formation of new disulfide bonds and noncovalent interactions between the denatured beta lg and Glob subunits. The majority of "mixed" soluble aggregates displayed higher molecular weight and smaller diameter than those for Glob heated in isolation. The development of pea whey protein "mixed" aggregates may help to design new ingredients for the control of innovative food textures