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Lait
Volume 81, Number 4, July-August 2001
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Page(s) | 509 - 527 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/lait:2001148 |
Lait 81 (2001) 509-527
Infrared and fluorescence spectroscopy for monitoring protein structure and interaction changes during cheese ripening
Gérard Mazerollesa, Marie-Françoise Devauxb, Gabriel Duboza, Marie-Hélène Duployera, Nadine Mouhous Riouc and Éric Dufourda 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