Study of complex coacervation between beta-lactoglobulin and acacia gum in aqueous medium
Etude de la coacervation complexe entre la beta-lactoglobuline et la gomme d'acacia en solution aqueuse
Résumé
Effects of total biopolymer concentration and protein polydispersity on the formation and stability of coacervates have been investigated in b-lactoglobulin/acacia gum/water mixtures. Blends consisting in native b-lactoglobulin (b-lg) or aggregated one (56% insoluble aggregates at pH 4.75) and acacia gum exhibited phase separation through complex coacervation between pH 3.6 and 5.0. The increase of the total biopolymer concentration reduced the effect of pH and protein to polysaccharide mixing ratio on the formation of coacervates in both mixtures. By contrast, a high polydispersity of the b-lg increased the area of the two-phase region on ternary phase diagrams obtained at pH 4.2. Coacervates and precipitates were formed in presence of protein aggregates, whereas only coacervates were obtained with native b-lg. The size of the coacervates was controlled by the aggregates because of their specific interaction with a fraction of the acacia gum present in the mixture. The structure of the coacervates is characterised by the presence of vacuoles due to the partial coalescence of small coacervates. After interaction with the acacia gum, circular dichroism measurements have shown a shift in the a helical structure of the b-lg. This region is characterised by a high positive charge density. Stability and structuration of coacervates resulted from an equilibrium between flocculation, coalescence and sedimentation phenomena as described by diffusing-wave spectroscopy and confocal laser scanning microscopy. The study of b-lg/acacia gum/water mixtures self-organisation using time-resolved small-angle static light scattering highlighted diffusion and hydrodynamic phenomena resulting in the growth of the structural domains. In some cases, it was possible to describe the complex coacervation kinetics by the spinodal decomposition theory.
L'influence de la concentration totale en biopolymères et de la polydispersité de la protéine sur la formation et la stabilité de coacervats a été étudiée dans un mélange b-lactoglobuline/gomme d'acacia/eau. Les mélanges de b-lactoglobuline (b-lg) native ou agrégée (56% d'agrégats insolubles à pH 4,75) et de gomme d'acacia à des pH compris entre 3,6 et 5,0 sont caractérisés par une séparation de phase par coacervation complexe. Une concentration totale élevée en biopolymères limite l'influence du pH et du ratio de mélange protéine : polysaccharide sur la formation des coacervats dans les deux systèmes. En revanche, une forte polydispersité de la b-lg permet d'étendre l'aire de la zone biphasique des diagrammes de phases ternaires obtenus à pH 4,2. Des coacervats et des précipités sont obtenus en présence d'agrégats de b-lg. Seuls des coacervats sont visibles avec la b-lg native. Leur taille est contrôlée par les agrégats protéiques qui interagissent spécifiquement avec une fraction de la gomme d'acacia. La structure des coacervats est caractérisée par une vacuolisation issue d'une coalescence partielle des plus petits coacervats. Après interaction avec la gomme d'acacia, des mesures de dichroïsme circulaire indiquent une modification de la structure en hélice a de la b-lg, caractérisée par une densité de charge positive. La stabilité et la structuration des coacervats formés résultent d'un équilibre entre des phénomènes de floculation, coalescence et sédimentation des coacervats comme indiqué par des mesure de diffusion de la lumière en milieu turbide et microscopie confocale à balayage laser. Enfin, l'étude de la cinétique de structuration des mélanges b-lg/gomme d'acacia/eau par diffusion de la lumière aux petits angles, révèle des phénomènes de diffusionnels et hydrodynamiques responsables de la croissance des domaines structuraux. Dans certains cas, la cinétique de coacervation complexe peut être décrite par le modèle théorique de décomposition spinodale.