Fondements physicochimiques de la technologie laitière

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À l'interface de la science du lait et de la technologie des produits laitiers, Fondements physicochimiques de la technologie laitière décrit de façon synthétique les principales caractéristiques physicochimiques des constituants du lait qui permettent d'expliquer leurs comportements au cours des divers traitements technologiques.
En mobilisant les acquis les plus récents de la science du lait et en développant une démarche raisonnée, les techniciens peuvent mieux comprendre et appréhender les mécanismes impliqués dans l'élaboration des produits laitiers tels que les procédés d'extraction et de purification, mieux maîtriser les étapes successives de transformation du lait et optimiser ainsi la production.
Fondements physicochimiques de la technologie laitière est destiné aux ingénieurs et techniciens de l'industrie laitière exerçant des activités en production ou en recherche et développement ainsi qu'aux étudiants des filières agroalimentaires niveau master et écoles ingénieurs.
Fondements physicochimiques de la technologie laitière s'adresse également à toute personne souhaitant élargir ses connaissances dans la compréhension des mécanismes physicochimiques intervenant dans les opérations de transformation du lait.


Composition et caractéristiques physicochimiques des laits. Composition et facteurs de variation. Propriétés physicochimiques du lait. Le lactose. Structure. Pouvoir sucrant. Pouvoir réducteur. Mutarotation. Solubilité. Cristallisation. Stabilité du lactose amorphe. Dérivés du lactose. La matière grasse laitière. Composition de la matière grasse laitière. Membrane du globule gras. Propriétés physiques de la matière grasse. Propriétés chimiques de la matière grasse. Stabilité de l'émulsion laitière. Les protéines du lait. Propriétés générales des protéines. Composition protéique des laits. Caséines. Protéines solubles. Enzymes. Les minéraux du lait. Composition et facteurs de variation. Répartition des minéraux entre les différentes phases du lait. Concentration des différentes espèces ioniques. Équilibres ioniques et facteurs de variation. Dynamique de la micelle. Rôle des minéraux et conséquences dans le traitement et la transformation des fluides laitiers. Stabilité des micelles de caséines. Déstabilisation thermique des micelles de caséines. Déstabilisation isoélectrique. Déstabilisation enzymatique. Bibliographie.

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Date de parution 10 mars 2008
Nombre de lectures 80
EAN13 9782743018641
Langue Français

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Thomas Croguennec Romain Jeantet Gérard Brulé
Fondements physicochimiques de la technologie laitière
Fondements physicochimiques de la technologie laitière
Thomas Croguennec Maître de conférences en physicochimie des bioproduits à Agrocampus Rennes.
Romain Jeantet Professeur en génie des procédés et technologie laitière à Agrocampus Rennes.
Gérard Brulé Professeur émérite à Agrocampus Rennes.
11, rue Lavoisier 75008 Paris
Chez le même éditeur
Les produits laitiers e R. Jeantet, T. Croguennec, P. Schuck, M. Mahaut, G. Brulé, 2 édition, 2008
Science des aliments – Biochimie, microbiologie, procédés, produits (deux volumes) Collection « Sciences et techniques agroalimentaires » R. Jeantet, T. Croguennec, P. Schuck, G. Brulé, coord., 2006
Bactéries lactiques et probiotiques Collection « Sciences et techniques agroalimentaires » F.M. Luquet, G. Corrieu, coord., 2005
Minéraux et produits laitiers F. Gaucheron, coord., 2004
La science alimentaire de A à Z e J. Adrian, J. Potus, R. Frangne, 3 édition, 2002
Génie des procédés appliqué à l’industrie laitière R. Jeantet, M. Roignant, G. Brulé, 2001
Lait, nutrition, santé G. Debry, coord., 2001
Initiation à la technologie fromagère M. Mahaut, R. Jeantet, G. Brulé, 2000
DA N G E R LE PHOTOCOPILLAGE TUE LE LIVRE
© LAVOISIER, 2008 ISBN : 9782743010331
Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présen t ouvrage, faite sans autorisation de l’éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie (20 rue des Grands Augustins – 7500 6 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions réservées à l’usage privé du copiste et non desti nées à une utilisation collective, d’autre part les analyses et courtes citations justifiées dans le caractère scientifique ou d’information de er l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 1 juillet 1992 – art. L. 1224 et L. 1225 et Code pénal art. 425).
Avantpropos
Sécrétion des glandes mammaires déclenchée à la parturition des femelles mammifères, le lait est l’aliment liquide le mieux adapté aux besoins du jeune : il apporte l’eau, l’énergie et tous les éléments nutritionnels nécessaires à son déve loppement. Les caractéristiques de cette sécrétion varient au cours des premiers jours suivant la naissance et diffèrent selon les espèces. La production de lait étant souvent supérieure aux besoins du jeune mammifère, la traite s’est déve loppée et, progressivement, le lait de diverses espèces, essentiellement de rumi nants (vaches, chèvres, brebis, etc.), est devenu dans la plupart des civilisations un produit de consommation courante ; c’est un aliment complet susceptible d’être consommé tout au long de la vie. Une des difficultés de l’exploitation du lait en tant qu’aliment était à l’origine son caractère instable en raison de sa fermentescibilité et de son hétérogénéité phy sicochimique. Cependant, la déstabilisation biologique et physicochimique du lait est apparue rapidement comme un moyen permettant d’éliminer une partie de l’eau et de concentrer les fractions lipidiques et protéiques d’intérêt nutritionnel. C’est ainsi que les bases de la technologie fromagère et beurrière ont émergé il y a plu sieurs millénaires. La fermentation lactique conduisant à des caillés acides pouvait se dérouler naturellement sans aucune intervention de l’homme, si ce n’est la séparation du caillé et du sérum. La coagulation du lait à l’aide de caillette de veau (présure) a été découverte à partir d’observations faites chez des animaux abattus immédiatement après avoir ingéré du lait. Le lait liquide est alors devenu une matière première qu’il était possible de transformer en caillés pouvant être mis en forme (formage est l’origine du mot « fromage »), et les produits ainsi obtenus présentaient une meilleure aptitude à la conservation. La concurrence entre l’élevage et les cultures céréalières, au MoyenÂge, a risée ecstounntdréilibtué à déplacer les élevages bovins et laitiers dans les régions peu favorables aux cultures au regard de leurs caractéristiques climatiques et pédologiques (zones montagneuses). En conséquence, la saisonnalité de la production laitière étant très marquée dans ces régions, la transformation du lait en fromages est apparu comme otocoupienneonfaourtome de report des éléments d’intérêt nutritionnel : c’est le cas en particulier des fromages à pâte pressée et pâte cuite. Les fromagers ont su, sans aucune connaissance de la matière qu’ils façonnaient et encore moins des agents biolo giques (microorganismes et enzymes) intervenant dans la transformation, faire évoluer leur technologie pour créer une grande diversité de texture et d’arôme. © Lavoisier – La ph
IV
Fondements physicochimiques de la technologie laitière
e Au cours duXXsiècle et plus particulièrement des trois dernières décennies, nous avons assisté à une véritable révolution dans le domaine laitier tant au niveau de la production que de la transformation. Les progrès scientifiques et techniques, aussi bien en génétique que dans la conduite des élevages, ont permis des gains de productivité considérables et une plus grande maîtrise de la qualité des laits. Parallèlement, des avancées significatives ont été enregistrées dans la connaissance des éléments constitutifs du lait et des principaux mécanismes impliqués dans sa transformation. Les travaux de ces dernières années ont permis tout particulièrement d’approfondir les connaissances relatives à la structure des macromolécules et à l’organisation supramoléculaire des éléments dispersés du lait (globule gras, micelles de caséines), à leur évolution suivant les conditions du milieu dispersant et leur comportement au cours des traitements technologiques. Ces acquis scientifiques dans le domaine de la physicochimie du lait ont forte ment contribué aux développements de nouveaux produits de consommation bien adaptés aux exigences du marché et d’ingrédients fonctionnels issus du lait et des coproduits laitiers.
Nous nous proposons dans cet ouvrage de rassembler toutes les connaissances acquises à ce jour sur les caractéristiques physicochimiques de chacun des constituants du lait (glucides, lipides, protéines, minéraux) pris isolément ou en interaction pour mieux comprendre leur comportement technologique et expli quer les procédés d’extraction et de purification mis en œuvre en vue d’exploiter leur fonctionnalité. Cet ouvrage est destiné à tous les techniciens et ingénieurs qui souhaitent mieux comprendre les fondements scientifiques de la technologie laitière pour mieux appréhender les phénomènes impliqués dans chacune des étapes des procédés industriels qu’ils conduisent ; par une démarche raisonnée, ils seront plus à même de maîtriser la qualité de leurs produits et d’en optimiser la production.
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Table des matières
Avantpropos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapitre 1
Composition et caractéristiques physicochimiques des laits . . . . . . . . . 1. Composition et facteurs de variation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Influence des espèces et des races . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Influence du stade de lactation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Influence de l’alimentation et de la saison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Influence de l’état sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Propriétés physicochimiques du lait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Masse volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Pression osmotique, points de congélation et d’ébullition . . . . . . . 2.3. Acidité (pH, acidité titrable). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Potentiel d’oxydoréduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapitre 2
Le lactose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Pouvoir sucrant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Pouvoir réducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . risée e4s.t unMduélittarotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Suivi de la mutarotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Cinétique de mutarotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Équilibre thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . otocopie n4o.n4a.utoEffets des conditions physicochimiques sur la mutarotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1. Température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2. pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3. Autres paramètres physicochimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . © Lavoisier – La ph
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5. Solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Cristallisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Mécanisme de cristallisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1. Nucléation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2. Croissance des cristaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3. Cristaux de lactose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Extraction/purification du lactose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1. Extraction et purification du lactose par cristallisation . . . . . 6.2.2. Production du lactose spray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Cristallisation dans les produits laitiers concentrés . . . . . . . . . . . . . 6.3.1. Fabrication des poudres de lactosérum . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2. Lait concentré sucré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Stabilité du lactose amorphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Température de transition vitreuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Stabilité des produits laitiers déshydratés : poudres de lait . . . . . . . 7.3. Stabilité des produits laitiers congelés : crèmes glacées . . . . . . . . . 8. Dérivés du lactose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Modifications enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Modifications physicochimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. Lactulose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Lactitol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Acide lactobionique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4. Lactosyl urée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Produits de fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapitre 3
La matière grasse laitière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Composition de la matière grasse laitière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Triacylglycerols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Glycérides partiels et acides gras libres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Phospholipides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Insaponifiable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Membrane du globule gras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Membrane native des globules gras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2. Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3. Caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Influence des traitements technologiques sur la membrane des globules gras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1. Exposition à l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. Cisaillements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3. Traitements thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3. Propriétés physiques de la matière grasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Propriétés thermiques (cristallisation/fusion). . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. Polymorphisme des triacylglycérols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2. Propriétés de cristallisation des triacylglycérols . . . . . . . . . . 3.1.3. Profil thermique de la matière grasse laitière. . . . . . . . . . . . . 3.2. Fractionnement de la matière grasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Tartinabilité des beurres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Propriétés chimiques de la matière grasse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Lipolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Oxydation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1. Initiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2. Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3. Terminaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4. Facteurs influençant l’oxydation de la matière grasse laitière 5. Stabilité de l’émulsion laitière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Crémage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. Crémage naturel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2. Écrémage centrifuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3. Effet de l’homogénéisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Floculation/coalescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Coalescence partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1. Principe de la coalescence partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2. Coalescence partielle et émulsions foisonnées . . . . . . . . . . . 5.4. Inversion de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapitre 4
Les protéines du lait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Propriétés générales des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Définition du point isoélectrique des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Solubilité et hydratation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Dénaturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Propriétés interfaciales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Composition protéique des laits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . risée est un délit 3. Caséines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Caractéristiques physicochimiques des caséines . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Autoassociation des caséines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . otocopie n3o.n3a.uto. . . . . . . . . . . . . . .Structure et propriétés des micelles de caséines 3.3.1. Caractéristiques physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2. Modèles de structure des micelles de caséines . . . . . . . . . . . 3.3.3. Dynamique de la micelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4. Stabilité des micelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . © Lavoisier – La ph
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3.4. Extraction/séparation des caséines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1. Caséines acides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2. Caséine présure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3. Caséinates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4. Séparation des caséines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. Propriétés fonctionnelles des caséinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1. Solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2. Propriétés de texturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3. Propriétés interfaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Protéines solubles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Caractéristiques physicochimiques des protéines solubles . . . . . . . 4.1.1.β. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .lactoglobuline . 4.1.2.αlactalbumine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3. Sérum albumine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.4. Lactoferrine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.5. Immunoglobulines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Extraction/séparation des protéines solubles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1. Extraction par insolubilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2. Extraction par ultrafiltration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3. Extraction par chromatographie en échange d’ions . . . . . . . . 4.2.4. Séparation des protéines solubles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Propriétés fonctionnelles des protéines sériques . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. Propriétés thermogélifiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3. Propriétés interfaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Hydrolases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. Protéase alcaline ou plasmine (EC 3.4.21.7) . . . . . . . . . . . . . 5.1.2. Lipase (EC 3.1.1.3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3. Phosphatase alcaline (EC 3.1.3.1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Oxydoréductases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Xanthine oxydase (EC 1.2.3.2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2. Lactoperoxydase (EC 1.11.1.7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapitre 5
Les minéraux du lait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Composition et facteurs de variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Répartition des minéraux entre les différentes phases du lait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94 94 95 96 96 97 97 98 98
99 99 100 101 102 102 103 103 104 104 104 104 105 106 106 107
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111 111
112
risée est un délit
otocopie non auto
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