Small angle neutron scattering and viscoelasticity study of the colloidal structure of aqueous solutions and gels of a globular protein

¹ Laboratoire de physico-chimie des macromolécules, Centre de recherches agro-alimentaires, Inra, rue de la Géraudière, BP 1627, 44316 Nantes cedex 03, France.
² Laboratoire Léon-Brillouin, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette cedex, France.

Abstract

Small-angle neutron scattering and viscoelasticity measurements were performed on β-lactoglobulin solutions and heat-set gels at pH 9 and low ionic strength. The rheological properties of the solutions were characterized by antithixotropy and viscoelasticity.

In the case of aggregates and gels, a peak in the scattering curves was observed; q_max varied as C^0.5. This correlation peak vanished with increasing ionic strength. The dilution of the aggregates showed that the correlations were lost and that the aggregates displayed the same internal structure as the gels. Gels formed at low ionic strength indicated a liquid type viscoelastic behaviour. At high ionic strength, fractal structures of the aggregates would be observed between 400 and 40 Å with d_f= 1.3 at low protein concentration and 1.75 at a higher concentration. Subsequent dilution did not change the fractal dimension of these structures.

Résumé

Une étude de la structure par diffusion des neutrons aux petits angles et de la rhéologie de solutions natives et de gels de β-lactoglobuline à pH 9 et faible force ionique a été réalisée. Les propriétés rhéologiques des solutions se caractérisent par un comportement antithixotrope et viscoélastique.

Dans le cas des agrégats et des gels obtenus après traitement thermique, un pic de corrélation est observé qui varie comme C^0,5. Il décroît avec l'augmentation de la force ionique. La dilution des agrégats entraîne la perte des corrélations et met en évidence une structure interne des agrégats identique à celle des gels. Les gels à faible force ionique manifestent un comportement viscoélastique de type liquide. A forte force ionique, les agrégats présenteraient des structures auto-similaires entre 400 et 40 Å, les dimensions fractales mesurées sont de 1,3 à faible concentration et 1,75 à plus forte concentration. Cette dimension fractale est inchangée après dilution des agrégats formés en milieu concentré.