Modulation of milk fat crystallization in bulk phase and emulsion

La matière grasse laitière anhydre (MGLA) est composée à plus de 98 % de triglycérides. Leur diversité, liée à la nature des acides gras estérifiés, induit un comportement complexe de la MGLA lors de sa cristallisation. Par ailleurs, d’autres composés, dits mineurs, présents de manière endogène ou formés lors de procédés de transformation peuvent moduler le processus de cristallisation. Néanmoins, leurs modes d’action sont encore mal connus, rendant la maitrise du processus de cristallisation délicat. La mise en oeuvre de méthodes de caractérisation à différentes échelles (RMN, diffraction des rayons X, microscopie optique, analyse thermique différentielle, rhéologie) et à différentes températures permet de discriminer les mécanismes d’action des composés mineurs sur la cristallisation de la MGLA en phase continue ou dispersée. Ainsi, les composés mineurs modifient la cinétique de cristallisation de la MGLA, en agissant sur ses deux étapes, la nucléation et la croissance. En accélérant ou en ralentissant la vitesse de cristallisation, ils modifient la nature et/ou la structure du réseau cristallin et, éventuellement, les propriétés macroscopiques de la matière grasse. Les mécanismes d’action des composés mineurs sur la cristallisation de la MGLA dépendent de leur nature chimique (longueur de la chaine carbonée, degré d’insaturation, estérification) et de leur concentration. Lorsque la matière grasse est émulsionnée, son confinement et la création d’interfaces complexifient le processus de cristallisation : les composés mineurs modulent la cristallisation via l’interface ou la phase grasse selon leur affinité préférentielle pour l’une ou l’autre des deux phases de l’émulsion et induisent des propriétés thermiques et structurales spécifiques. Ce travail permet, donc, de mieux comprendre les facteurs qui modulent la cristallisation de la matière grasse et ainsi de mieux maitriser l’un des processus déterminants dans l’élaboration de la structure et de la fonctionnalité des produits laitiers.Anhydrous Milk Fat (AMF) comprises more than 98% triglycerides. The diversity of the esterified fatty acids induces a complex behavior of AMF during crystallization. In addition, other minor components, either endogenously present or added upon processing modulate AMF crystallization. Nevertheless, the mechanisms underlying their mode of action are still poorly understood, making the mastery of fat crystallization difficult. Several characterization methods (NMR, X-ray diffraction, optical microscopy, differential scanning calorimetry, rheology) were implemented to screen a large set of minor components at different scales and temperatures. The approach enabled to gain knowledge about the involved mechanisms, both in bulk and in the emulsified state. Minor components modify the kinetics of AMF crystallization through their impact on the two main stages of the process, nucleation and growth. By accelerating or slowing down the rate of crystallization, they modify the nature and/or the structure of the crystal lattice and, possibly, the macroscopic properties of AMF. The impact of minor components on AMF crystallization depend on their chemical nature (length of the carbon chain, degree of unsaturation, esterification) and on their concentration. When fat is emulsified, confinement and interfacial effects come into play. Minor components modulate crystallization via the oil/water interface or via the fat phase depending on their preferential solubility, which may induce specific thermal and structural properties. On the whole, this study enables a better understanding of the factors that modulate milk fat crystallization and provides useful guidances for a better control of this key process controlling the structure and function of dairy products