1 LE LAIT
Le lait est un mélange complexe, hétérogène d’un point de vue chimique : il est constitué d’eau, de glucides (essentiellement le lactose), de lipides, de protéines, de sels minéraux ainsi que de nombreux composés mineurs ; hétérogène d’un point de vue physique : c’est une solution aqueuse sucrée et salée dans laquelle des protéines et des globules gras (émulsion) sont dispersés.
Le lait vu à différentes échelles
Les caractéristiques et la composition de chacune des phases varient en fonction de facteurs inhérents à la race bovine, à son état physiologique (stade de lactation, gestation), à son état sanitaire et à la conduite du troupeau. Les différences qualitatives suivant le stade de lactation sont liées aux besoins spécifiques du veau.
En revanche, les autres facteurs de variation dépendent de la conduite du troupeau. De ce fait, ils sont plus faciles à maîtriser.
Les principales propriétés physicochimiques du lait de vache et de ses dérivés sont dues à l’ensemble (masse volumique) ou une partie (pression osmotique, point de congélation) des constituants solubilisés et dispersés dans la phase aqueuse. Elles sont rapportées ci-dessous :
| Masse volumique (à 20°C) | ~1030 kg.m-3 |
| Pression osmotique | ~700.103 Pa |
| Point d’ébullition | ~ 100,15°C |
| Point de congélation | ~ -0,53°C |
| pH (à 20°C) | 6,6-6,8 |
| Acidité titrable | 15-17°D |
| Force ionique | ~0,08 M |
| Activité de l’eau | ~0,993 |
| Potentiel oxydoreduction (20°C, pH 6,6 et en équilibre avec l’air) | + 0,25 à + 0,35 V |
| Viscosité (lait non homogénéisé) | ~2,2.10-3 Pa.s |
| Chaleur spécifique | ~3900 J.kg-1.K-1 |
Principales propriétés physicochimiques du lait (adapté d’après Walstra et Jenness, 1984 ; Fox et McSweeney, 1998
En savoir plus
Walstra P, Jenness R, 1984. Dairy chemistry and physics. John Wiley & Sons, NY, États-Unis.
Fox PF, McSweeney PLH, 1998. Physical properties of milk. Dans « Dairy chemistry and biochemistry », Kluwer Academic/Plenum Publishers, London, 437-461.
Définition
Masse volumique
La masse volumique du lait (ρL, kg.m-3) s’exprime par le rapport de sa masse (mL, kg) sur son volume (VL, m3) :
La masse volumique du lait de vache à 20°C est d’environ 1030 kg.m-3. Elle varie en fonction de la composition du lait, notamment de sa teneur en matière grasse.
Définition
Pression osmotique
La pression osmotique, le point de congélation et le point d’ébullition dépendent du nombre de molécules dissoutes dans la phase aqueuse du lait. Ces propriétés physicochimiques sont corrélées entre elles. En raison de la constance de la pression osmotique du lait, car en équilibre avec la pression osmotique sanguine, le point de congélation et le point d’ébullition sont relativement stables.
L’abaissement du point de congélation (encore appelé température de congélation commençante) évolue suivant la loi de Raoult :
\[{\rm{\Delta \theta }} = {\rm{K}}{\rm{.}}\frac{{\rm{X}}}{{\rm{M}}}\]" title="equation" alt="\[{\rm{\Delta \theta }} = {\rm{K}}{\rm{.}}\frac{{\rm{X}}}{{\rm{M}}}\]" src="eq_tex_lait/equation4.png" class="equation" />
avec 
(°C), l’abaissement cryoscopique ; K, une constante de dépression molaire propre au solvant (1,86°C.kg.mol-1 pour l’eau) ; X (g.kg-1), concentration des solutés en solution et M (g.mol-1), leur masse molaire. Pour le lait de vache, le point de congélation est environ égal à -0.53°C. Il résulte principalement de l’effet dépresseur du lactose et des ions monovalents (Cl-, Na+, K+), qui contribuent pour environ 75 à 80% à l’abaissement cryoscopique total.
Définition
pH
Le pH du lait frais à 20°C varie entre 6,6 et 6,8. Plutôt proche de 6,6 immédiatement après la traite, il augmente légèrement dans les heures suivantes par diminution de la quantité du dioxyde de carbone dissout dans la phase aqueuse du lait.
Définition
Acidité titrable
L’acidité titrable (Degré Dornic, °D) est déterminée par titrage de 10 mL de lait par de la soude N/9 en présence d’un indicateur coloré (phénolphtaléine) dont le pH de virage est 8,3.
Le résultat s’exprime en quantité d’acide lactique par litre de lait (1,5-1,7 g.L-1 d’acide lactique ou 15-17°D pour le lait frais) bien que cet acide ne soit pas directement dosé. A pH équivalent, l’acidité titrable d’une solution augmente avec son pouvoir tampon. Ainsi, pH et acidité titrable apportent des informations complémentaires ; A titre d’exemple, au moment de l’égouttage d’un caillé fromager, caillé et lactosérum ont un même pH mais des acidités très différentes en raison d’un pouvoir tampon différent.
Définition
Force ionique
La force ionique (µ) s’exprime à partir de la concentration de l’ensemble des ions de la solution (Ci) et de leur charge (z) au carré :
\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{\sum {{{\rm{z}}^{\rm{2}}}{\rm{.C}}} _{\rm{i}}}\]" title="equation" alt="\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{\sum {{{\rm{z}}^{\rm{2}}}{\rm{.C}}} _{\rm{i}}}\]" src="eq_tex_lait/equation6.png" class="equation" />
La force ionique du lait frais est de 0.08 M. Elle augmente lors de son acidification (biologique ou chimique) par conversion du lactose en acide lactique ou ajout d’acides mais aussi par solubilisation du phosphate de calcium colloïdal.
Exercice
Quelle est la force ionique d’une solution de NaCl à 0,1 M ?
Q : Quelle est la force ionique d’une solution de NaCl à 0,1 M ?
R : En solution, nous avons 0,1 M de Na+ et 0,1 M de Cl-. Ainsi, en appliquant la formule précédente on calcule pour la solution de NaCl à 0.1 M une force ionique de :
\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}\left( {{{[ + 1]}^2}.[0,1] + {{[ - 1]}^2}.[0,1]} \right) = 0,1{\rm{M}}\]" title="equation" alt="\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}\left( {{{[ + 1]}^2}.[0,1] + {{[ - 1]}^2}.[0,1]} \right) = 0,1{\rm{M}}\]" src="eq_tex_lait/equation8.png" class="equation" />
Exercice
Q : - Quelle est la force ionique d’une solution de CaCl
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à 0.1 M ?
R : En solution, nous avons 0.1 M de Ca2+ et (2×0.1) M de Cl-. Ainsi, en appliquant la formule précédente on calcule pour la solution de CaCl2 à 0.1 M une force ionique de :
\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}\left( {{{[ + 2]}^2}.[0,1] + {{[ - 1]}^2}.[2 \times 0,1]} \right) = 0,3{\rm{M}}\]" title="equation" alt="\[{\rm{\mu }} = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}\left( {{{[ + 2]}^2}.[0,1] + {{[ - 1]}^2}.[2 \times 0,1]} \right) = 0,3{\rm{M}}\]" src="eq_tex_lait/equation9.png" class="equation" />
Définition
Potentiel d’oxydoréduction
Le potentiel d’oxydoréduction (Eh) est une grandeur thermodynamique définissant l’aptitude d’un système à capter ou à céder des électrons :
\[{{\rm{E}}_{\rm{h}}} = {{\rm{E}}_{\rm{0}}} + \frac{{{\rm{2}}{\rm{,303RT}}}}{{{\rm{nF}}}}{\rm{.log}}\frac{{{{\rm{a}}_{{\rm{Ox}}}}}}{{{{\rm{a}}_{{\rm{Red}}}}}} - \frac{{{\rm{2}}{\rm{,303RT}}}}{{{\rm{nF}}}}.{\rm{pH}}\]" title="equation" alt="\[{{\rm{E}}_{\rm{h}}} = {{\rm{E}}_{\rm{0}}} + \frac{{{\rm{2}}{\rm{,303RT}}}}{{{\rm{nF}}}}{\rm{.log}}\frac{{{{\rm{a}}_{{\rm{Ox}}}}}}{{{{\rm{a}}_{{\rm{Red}}}}}} - \frac{{{\rm{2}}{\rm{,303RT}}}}{{{\rm{nF}}}}.{\rm{pH}}\]" src="eq_tex_lait/equation10.png" class="equation" />
avec E0 (mV), le potentiel d’oxydoréduction standard (lorsque [Ox] = [Red]) ; R, constante des gaz parfaits (8,314 J.K-1.mol-1) ; T (K), température ; n, nombre d’électrons transférés par molécules ; F, constante de Faraday (96500 J.V-1.mol-1) ; aOx et aRed, les activités des formes oxydées et réduites. Le potentiel d’oxydoréduction du lait à 20°C, pH 6,6 et en équilibre avec l’air varie entre +0.25 et +0.35V, soit légèrement oxydant. La quantité d’oxygène dissout est le principal facteur influençant le potentiel d’oxydoréduction.