Prévision de la dénaturation des protéines pendant la pasteurisation avec le logiciel NETZSCH Kinetics Neo

L'importance de la dénaturation des protéines dans la pasteurisation thermique

La pasteurisation est l'une des technologies de transformation des aliments les plus importantes, car elle assure la sécurité microbienne et prolonge la durée de conservation. Bien que les traitements thermiques soient conçus pour être doux, ils affectent inévitablement les composants sensibles à la température, notamment les protéines. Comme les protéines apportent des propriétés fonctionnelles vitales, telles que la solubilité, la gélification et l'émulsification, il est essentiel de comprendre comment elles réagissent à la chaleur afin de développer des ingrédients alimentaires de haute qualité. La dénaturation des protéines peut affecter les propriétés mentionnées.

Les techniques traditionnelles de pasteurisation varient considérablement en termes de température et de durée. Les traitements par lots ou LTLT (basse température, longue durée) chauffent lentement les produits pendant plusieurs minutes, tandis que les procédés HTST (haute température, courte durée), l'ultra-pasteurisation et l'UHT (ultra-haute température) exposent les aliments à des températures plus élevées pendant quelques secondes. Chaque méthode offre un équilibre différent entre le contrôle microbien et la qualité du produit. Cependant, une chaleur excessive peut entraîner une dénaturation des protéines, une perte de valeur nutritionnelle et des changements de texture ou d'aspect. Malgré l'émergence d'alternatives non thermiques, telles que le traitement à haute pression et les champs électriques pulsés, la pasteurisation thermique reste dominante dans de nombreux secteurs industriels. Par conséquent, les outils prédictifs permettant d'évaluer et d'optimiser les effets thermiques sur les protéines deviennent de plus en plus précieux.

Des courbes DSC aux modèles cinétiques : Prédire les modifications des protéines induites par la chaleur

NETZSCH Kinetics Neoest une plate-forme logicielle puissante conçue pour modéliser les réactions en fonction de la température. Par l'analyse cinétique des données provenant des instruments d'analyse thermique NETZSCH, le logiciel peut construire des descriptions sans modèle et basées sur un modèle de voies de réaction complexes. Pour les études de dénaturation des protéines, cela permet aux chercheurs d'aller au-delà de la simple observation des courbes DSC et de développer des modèles cinétiques précis qui révèlent comment les protéines se déploient sous des profils de température spécifiques. Ces modèles peuvent ensuite être utilisés pour prédire l'ampleur de la dénaturation dans des conditions de traitement réelles.

Dans une note d'application récente, nous avons analysé des dispersions de protéines de levure en utilisant la calorimétrie différentielle à balayage(DSC) pour déterminer leur comportement thermique. Au cours du premier cycle de chauffage, la protéine a présenté un large événement de dénaturation entre 44°C et 78°C. Un deuxième cycle de chauffage n'a produit aucun effet thermique, confirmant l'irréversibilité de la dénaturation. Pour établir la cinétique de ce processus, nous avons effectué des mesures à plusieurs vitesses de chauffage. À l'aide du logiciel Kinetics Neo, nous avons évalué ces ensembles de données et constaté une excellente concordance en utilisant à la fois l'analyse de Friedman sans modèle et l'approche basée sur un modèle en trois étapes.

Dispersion de protéines de levure sous analyse thermique, montrant les bulles et les structures cellulaires essentielles à l'étude de la dénaturation induite par la chaleur. — Figure : Protéine de levure

Optimisation des procédés de pasteurisation à l'aide de simulations sur Kinetics Neo

Après avoir établi les paramètres cinétiques, Kinetics Neo a été utilisé pour simuler la dénaturation des protéines dans des conditions typiques de pasteurisation. Les prévisions ont révélé des différences significatives entre les méthodes. La pasteurisation par lots a conduit à une dénaturation presque complète bien avant que la durée totale du traitement ne soit écoulée. En revanche, le traitement UHT a entraîné une conversion rapide et importante (après 1 s, il ne reste qu'environ 10 % de la protéine native). Le traitement HTST était plus doux, mais il affectait encore une partie importante de la teneur en protéines. L'ultra-pasteurisation est la seule méthode qui a préservé la majeure partie de la protéine native, car le temps d'exposition très court a limité la dénaturation globale.

Ce travail montre comment la modélisation cinétique peut contribuer à l'optimisation des stratégies de pasteurisation. En utilisant NETZSCH Kinetics Neo , les fabricants de produits alimentaires peuvent Identify des fenêtres de traitement qui préservent la fonctionnalité des protéines, réduisent la charge de travail des expériences et adoptent une approche plus contrôlée du traitement thermique. Le résultat est une approche basée sur les données pour concevoir des processus qui améliorent à la fois la qualité du produit et l'efficacité du développement.