DOI: 10.1051/lait:2001148

Lait 81 (2001) 509-527

Infrared and fluorescence spectroscopy for monitoring protein structure and interaction changes during cheese ripening

Gérard Mazerolles^a, Marie-Françoise Devaux^b, Gabriel Duboz^a, Marie-Hélène Duployer^a, Nadine Mouhous Riou^c and Éric Dufour<sup>d

a</sup>  Unité de Recherche en Technologie et Analyse Laitières, INRA, BP 89, 39801 Poligny Cedex, France
^b  Unité de Recherche sur les Polysaccharides, leurs Organisations et Interactions, INRA, BP 71627, 44316 Nantes Cedex 03, France
^c  Unité d'Étude des Interactions des Molécules Alimentaires, INRA, BP 71627, 44316 Nantes Cedex 03, France
^d  Département Qualité et Économie Alimentaires, ENITA de Clermont Ferrand, Marmilhat, 63370 Lempdes, France

(Received 8 September 2000; accepted 3 January 2001)

Abstract
Sixteen experimental semi-hard cheeses, varying in moisture (42.1 to 49.8% ), protein (20.2 to 25.9% ) and fat (23.7 to 31.1% ) content, were manufactured and ripened under controlled conditions. Fluorescence (tryptophan) and mid-infrared (Amide I and II regions) spectra were collected at 1, 21, 51 and 81 days of ripening in order to test the ability of spectroscopy to highlight the molecular changes that occur during this process. The mid-infrared and fluorescence spectral data from the experimental cheeses were analysed firstly by principal component analysis. Secondly, the correlations between the chemical domain and the spectral domains were studied by canonical correlation analysis methods. These analyses showed that each spectroscopic technique provided relevant information related to the cheese protein structure, which was used to discriminate each ripening stage. In addition, some spectral characteristics of ripened cheeses, linked to the initial chemical composition and the initial protein network structure, were detected at the early stage of ripening. Finally, a canonical correlation analysis between the two sets of spectroscopic data was performed and allowed to clearly discriminate each stage of ripening and each cheese at the 4 ripening stages. A molecular interpretation of these results involving the modifications of proteins, minerals and water interactions during ripening was attempted. This result demonstrated the interest of coupling two complementary spectroscopic techniques. Such coupling allowed the description of global characteristics of the investigated samples, which can be used for their characterisation.

Résumé
Contribution de spectroscopie infrarouge et de la spectroscopie de fluorescence au suivi des modifications de la structure des protéines du fromage pendant son affinage. Seize fromages expérimentaux de type pâte pressée présentant des taux variables d'humidité (de 42,1 à 49,8 % ), de matière grasse (de 23,7 à 31,1 % ) et de protéines (de 20,2 à 25,9 % ) ont été fabriqués et affinés en conditions contrôlées. Les spectres de fluorescence (tryptophane) et les spectres infrarouge (zone Amide I et II) de ces 16 fromages ont été enregistrés à 1, 21, 51 et 81 jours d'affinage, afin de tester l'aptitude de chaque technique à rendre compte de modifications moléculaires intervenant pendant cette période. Les deux bibliothèques spectrales ont été dans un premier temps analysées séparément par analyse en composantes principales. Dans un deuxième temps, les résultats d'analyses chimiques ont été confrontés aux données spectrales par analyse canonique. Ces traitements ont permis d'établir que chaque type de spectroscopie rend compte de modifications de la structure des protéines du fromage intervenant au cours de son affinage. Ces informations peuvent être utilisées pour discriminer chaque stade d'affinage étudié. D'autre part, certaines caractéristiques spectrales du fromage reliées à sa composition chimique peuvent être mises en évidence dès le début de l'affinage. En conclusion, l'analyse simultanée (analyse canonique) des deux bibliothèques spectrales a permis de caractériser chaque stade d'affinage étudié et chaque fromage aux 4 stades d'affinage. Différentes hypothèses moléculaires relatives aux modifications intervenant au sein du système protéines, eau et minéraux au cours de l'affinage du fromage ont pu être formulées pour interpréter ces résultats. Ce résultat démontre l'intérêt d'utiliser sur les mêmes échantillons deux types de spectroscopie complémentaires. Ce type de couplage permet de rendre compte de caractéristiques globales présentées par les échantillons étudiés, cette information pouvant être utilisée à des fins de caractérisation.

Key words: cheese / ripening / protein / structure / spectroscopy

Mots clés : fromage / affinage / protéine / structrure / spectroscopie

Correspondence and reprints: Gérard Mazerolles mazeroll@poligny.inra.fr

© INRA, EDP Sciences 2001