Lait 87 (2007) 317-336
DOI: 10.1051/lait:2007015

The composition, supramolecular organisation and thermal properties of milk fat: a new challenge for the quality of food products

Christelle Lopez and Valérie Briard-Bion

UMR1253 Science et Technologie du Lait et de l'OEuf, INRA-Agrocampus Rennes, 65 rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France

(Published online: 26 October 2007)

Abstract - In this paper, we focused on the characteristics of milk fat (composition, organisation and thermal properties) that may improve the functional, sensory and nutritional properties of food products. Fat is dispersed in raw milk as droplets called milk fat globules, which are enveloped in their biological membrane (MFGM). Dairy processes may greatly affect both the supramolecular organisation and the surface composition of fat. Using confocal laser scanning microscopy, we showed that fat can be dispersed as natural milk fat globules (d  m), coalesced fat globules (10-20 m), aggregates of fat globules (10-50 m), tiny homogenised fat globules (0.2-1 m) covered mainly by caseins, and at the extreme opposite, non-globular fat, also called free fat. Fat can also be the continuous phase such as in butter and in its anhydrous form. We focused on the changes in the organisation of fat during the manufacture and ripening of a hard-type cheese and showed that the pressing of curd grains leads to the disruption of the MFGM and the formation of free fat. Furthermore, the pockets of whey surrounding the inclusions of fat after disruption of the MFGM favour the preferential localisation of bacteria at the fat/protein interface and thus contribute to the accessibility of lipolytic enzymes to fat for lipolysis, essential for the quality of cheese. An innovative method was developed using differential scanning calorimetry to determine the solid fat content in food products. We showed that the fat phase is partially crystallised in cheese for T < 41 C, e.g. a mixture of crystals and oil, and calculated that about 56% of fat was solid at 4 C. Finally, we showed that increasing the amount of unsaturated fatty acids in milk fat to improve its nutritional properties changes the solid fat content as a function of temperature, the resistance of fat globules to disruption and thus the functional, textural and sensorial properties of fat-rich products such as butter.

Résumé - Composition, organisation supramoléculaire et propriétés thermiques de la matière grasse laitière : un nouveau challenge pour la qualité des produits alimentaires
Dans cet article, nous nous focalisons sur les caractéristiques de la matière grasse du lait (composition, organisation, propriétés thermiques) qui peuvent améliorer les propriétés fonctionnelles, sensorielles et nutritionnelles des aliments. La matière grasse est dispersée dans le lait cru sous forme de gouttelettes, appelées globules gras, enveloppées par leur membrane biologique naturelle. Cependant, les procédés industriels peuvent modifier l'organisation de la matière grasse et la composition de sa surface. En utilisant la microscopie confocale, nous avons montré que la matière grasse peut être dispersée sous forme de globules gras natifs (d 4 m), de globules gras coalescés (10-20 m), d'agrégats de globules gras (10-50 m), de petites gouttelettes homogénéisées (0,2-1 m) majoritairement recouvertes de caséines, et sous forme non globulaire aussi appelée matière grasse libre. La matière grasse peut également constituer la phase continue comme dans le beurre. Nous avons étudié les évolutions d'organisation de la matière grasse au cours de la fabrication et de l'affinage de l'Emmental et montré que le pressage des grains de caillé conduit à la rupture de la membrane des globules gras et à la formation de matière grasse libre. De plus, les poches de sérum entourant les inclusions de matière grasse favorisent la localisation préférentielle des bactéries à l'interface avec le réseau protéique. Ce travail a contribué à l'élucidation des mécanismes d'accessibilité des enzymes lipolytiques, dont l'action est essentielle à la qualité du produit. Par ailleurs, une méthode innovante a été développée pour déterminer la quantité de matière grasse cristallisée dans les produits, en utilisant la microcalorimétrie différentielle. Nous avons montré que la phase grasse est partiellement cristallisée dans les matrices fromagères (mélange d'huile et de cristaux) pour T < 41 C, et que environ 56 % de la matière grasse est solide à 4 C. Enfin, nous avons montré qu'une augmentation de la quantité des acides gras insaturés, visant à améliorer les qualités nutritionnelles de la matière grasse laitière, modifie le taux de solide, la résistance des globules à la rupture sous contrainte et en conséquence les propriétés fonctionnelles et sensorielles des produits riches en matière grasse, particulièrement le beurre.

Key words: structure of fat / solid fat content / fat globule / lipolysis / confocal laser scanning microscopy

Mots clés : structure / taux de solide / lipolyse / globule gras / microscopie confocale

Corresponding author: Christelle.Lopez@rennes.inra.fr

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