Modélisation de l'irradiance solaire totale et spectrale et applications à la chimie stratosphérique terrestre

Cette thèse présente des reconstructions de l'irradiance totale et spectrale durant les 400 dernières années à l'aide des modèles pour l'irradiance totale et l'irradiance spectrale dans l'ultraviolet développés à l'Université de Montréal. Tous deux sont basés sur la simulation de l'émergence, de la fragmentation et de l'érosion des taches solaires, qui permet d'obtenir une distribution de l'aire des taches sombres et des facules brillantes en fonction du temps. Ces deux composantes sont principalement responsables de la variation de l'irradiance sur l'échelle de temps de la décennie, qui peut être calculée en sommant leur émissivité à celle de la photosphère inactive. La version améliorée du modèle d'irradiance solaire spectrale MOCASSIM inclut une extension de son domaine spectral entre 150 et 400 nm ainsi que de son domaine temporel, débutant originalement en 1874 et couvrant maintenant la période débutant en 1610 jusqu'au présent. Cela permet de reconstruire le spectre ultraviolet durant le minimum de Maunder et de le comparer à celui du minimum de 2009. Les conclusions tirées de cette étude spécifient que l'émissivité dans l'ultraviolet était plus élevée en 2009 que durant le minimum de Maunder, que le niveau de base de la photosphère non magnétisée contribuait pour environ les deux tiers de cette différence et que les structures magnétiques restantes étaient responsables pour le tiers restant. Le modèle d'irradiance totale a vu son domaine temporel étendu sur la même période et une composante représentant le réseau magnétique de façon réaliste y a été ajoutée. Il a été démontré que les observations des 30 dernières années ne sont bien reproduites qu'en incluant la composante du Soleil non magnétisé variable à long terme. Le processus d'optimisation des paramètres libres du modèle a été effectué en minimisant le carré de la somme de l'écart journalier entre les résultats des calculs et les données observées. Les trois composites disponibles, soit celui du PMOD (Physikalisch Meteorologisches Observatorium Davos), d'ACRIM (ACtive Radiometer Irradiance Monitor) et du IRMB (Institut Royal Météorologique de Belgique), ne sont pas en accord entre eux, en particulier au niveau des minima du cycle d'activité, et le modèle permet seulement de reproduire celui du PMOD avec exactitude lorsque la composante variable à long terme est proportionnelle au flux radio à 10.7 cm. Toutefois, en utilisant des polynômes de Lagrange pour représenter la variation du Soleil inactif, l'accord est amélioré pour les trois composites durant les minima, bien que les relations entre le niveau minimal de l'irradiance et la longueur du cycle précédent varient d'un cas à l'autre. Les résultats obtenus avec le modèle d'irradiance spectrale ont été utilisés dans une étude d'intercomparaison de la réponse de la photochimie stratosphérique à différentes représentations du spectre solaire. Les simulations en mode transitoire d'une durée de 10 jours ont été effectuées avec un spectre solaire constant correspondant soit à une période d'activité minimale ou à une période d'activité maximale. Ceci a permis d'évaluer la réponse de la concentration d'ozone à la variabilité solaire au cours d'un cycle et la différence entre deux minima. En plus de ceux de MOCASSIM, les spectres produits par deux modèles ont été utilisés (NRLSSI et MGNM) ainsi que les données de SIM et SOLSTICE/SORCE. La variabilité spectrale de chacun a été extraite et multipliée à un spectre de base représentant le minimum d'activité afin de simuler le spectre au maximum d'activité. Cela a été effectué dans le but d'isoler l'effet de la variabilité seule et d'exclure celui de la valeur absolue du spectre. La variabilité spectrale d'amplitude relativement élevée des observations de SORCE n'a pas provoqué l'inversion de la réponse de l'ozone à hautes altitudes obtenues par d'autres études, ce qui peut être expliqué par la nature même du modèle utilisé ainsi que par sa limite supérieure en altitude. Finalement, la réponse de l'ozone semble être à peu près proportionnelle à la variabilité de l'intégrale du flux pour lambda<241 nm. La comparaison des concentrations d'ozone obtenues avec les spectres originaux au minimum d'activité démontre que leur différence est du même ordre de grandeur que la variabilité entre le minimum et le maximum d'un cycle typique. Le problème du choix de la reconstruction de l'irradiance à utiliser pour les simulations climatiques dans le passé demeure non résolu.

A qualitative study of curriculum and instructional efforts in relation to high stakes federal and district policies in one low-performing elementary school

Les enjeux liés aux politiques éducatives ont considérablement changé au cours des dernières décennies. Ces changements sont liés, entre autres, à l’accroissement de l’imputabilité et de la reddition de compte qui est devenue une caractéristique importante des réformes curriculaires et pédagogiques. Les politiques à enjeux élevés exercent une pression énorme sur les districts et les écoles états-unienne afin qu’ils augmentent le rendement des élèves en utilisant des systèmes de conséquences (Hall & Ryan, 2011; Loeb & Strunk, 2007). Ces politiques envoient de puissants messages sur l'importance de certaines matières scolaires au détriment d'autres - circonscrivant les exigences en termes de compétences et de connaissances. La langue maternelle d’enseignement et les mathématiques sont devenues des mesures centrales sur lesquelles reposent l’évaluation et le degré de performance des districts et des écoles. Conséquemment, les administrateurs de districts et les directions d’écoles ont souvent recours à des réformes curriculaires et pédagogiques comme moyen d'augmenter le rendement des élèves dans les matières scolaires visées par ces politiques. Les politiques contraignent les acteurs scolaires de concentrer les ressources sur les programmes curriculaires et les évaluations, le développement professionnel, et la prise de décision pilotée par les données (Anagnostopoulos & Ruthledge, 2007; Honig & Hatch, 2004; Spillane, Diamond, et al., 2002; Weitz White & Rosenbaum, 2008). Cette thèse examine la manière dont les politiques à enjeux élevés opèrent quotidiennement dans les interactions et les pratiques au sein des écoles. Nous analysons plus particulièrement les différents messages provenant de la politique transmis aux acteurs scolaires sur les manières d'apporter des changements substantiels dans le curriculum et l'enseignement. Nous élargissons l’analyse en prenant en compte le rôle des administrateurs de district ainsi que des partenaires universitaires qui façonnent également la manière dont certains aspects des messages provenant des politiques sont transmis, négociés et/ou débattus et d’autres sont ignorés (Coburn & Woulfin, 2012). En utilisant l’analyse de discours, nous examinons le rôle du langage comme constituant et médiateur des interactions sociales entre les acteurs scolaires et d’autres parties prenantes. De telles analyses impliquent une investigation approfondie d’un nombre d’étude de cas limité. Les données utilisées dans cette thèse ont été colligées dans une école primaire états-unienne du mid-West. Cette étude de cas fait partie d’une étude longitudinale de quatre ans qui comprenait huit écoles dans les milieux urbains entre 1999 et 2003 (Distributed Leadership Studies, http://www.distributedleadership.org). La base de données analysée inclut des observations de réunions formelles et des entrevues auprès des administrateurs du district, des partenaires universitaires, de la direction d’école et des enseignants. En plus de l’introduction et de la problématique (chapitre 1) et de discussion et conclusion (chapitre 5), cette thèse comprend un ensemble de trois articles interdépendants. Dans le premier article (chapitre 2), nous effectuons une recension des écrits portant sur le domaine de l’implantation de politiques (policy implementation) et la complexité des relations locales, nationales et internationales dans les systèmes éducatifs. Pour démystifier cette complexité, nous portons une attention particulière à la construction de sens des acteurs scolaires comme étant une dimension clé du processus de mise en œuvre des réformes. Dans le deuxième article (chapitre 3), nous cherchons à comprendre les processus sociaux qui façonnent les réponses stratégiques des acteurs scolaires à l’égard des politiques du district et de l’état et en lien avec la mise en œuvre d’un curriculum prescrit en mathématiques. Plus particulièrement, nous explorons les différentes situations dans lesquelles les acteurs scolaires argumentent au sujet des changements curriculaires et pédagogiques proposés par les administrateurs de district et des partenaires universitaires afin d’augmenter les résultats scolaires en mathématiques dans une école à faible performance. Dans le troisième article (chapitre 4), nous cherchons à démystifier les complexités liées à l’amélioration de l’enseignement dans un environnement de politiques à enjeux élevés. Pour ce faire, nous utilisons l'interaction entre les notions d'agentivité et la structure afin d'analyser la manière dont les conceptions d’imputabilité et les idées qui découlent de l'environnement politique et les activités quotidiennes jouent dans les interactions entre les acteurs scolaires concernant sur l’enseignement de la langue maternelle. Nous explorons trois objectifs spécifiques : 1) la manière dont les politiques à enjeux élevés façonnent les éléments de l’enseignement qui sont reproduits et ceux qui sont transformés au fil du temps ; 2) la manière dont la compréhension des leaders de l’imputabilité façonne les aspects des messages politiques que les acteurs scolaires remarquent à travers les interactions et les conversations et 3) la manière les acteurs scolaires portent une attention particulière à certaines messages au détriment d’autres. Dans le dernier chapitre de cette thèse, nous discutons les forces et les limites de l’analyse secondaire de données qualitatives, les implications des résultats pour le domaine d’études de l’implantation de politiques et les pistes futures de recherches.

L'horizon et la colonne, réflexions sur la relation intérieur-extérieur chez Le Corbusier

Ce mémoire explore la question du rapport intérieur-extérieur chez Le Corbusier se questionnant sur la façon dont la notion d’interpénétration spatiale, postulat majeur de l’architecture moderne, est présente dans son discours. À travers l’étude des croquis, photos et notes de son Voyage d’Orient, ainsi que de certains principes architecturaux énoncés dans ses ouvrages théoriques emblématiques des années 1920, nous allons saisir chez Le Corbusier une pensée qui transcende l’idée d’objet architectural et révèle un intérêt spécial porté au site et à la dialectique horizontale-verticale. Certains dispositifs ou éléments architecturaux, tels que la colonnade et la colonne, vont se révéler aux yeux du maître, lorsqu’ils se trouvent dans des espaces de transition entre l’intérieur et l’extérieur, porteurs d’une fonction médiatrice entre l’homme et son milieu, et ce sera par le biais d’un outil de mesure : l’angle droit. Cette recherche entend contribuer à la compréhension de la pensée architecturale de Le Corbusier, notamment en ce qui concerne la relation architecture-paysage en tant qu’expérience phénoménale.

Environnement local des défauts structurels et ordre à moyenne portée dans le silicium amorphe

Malgré une vaste littérature concernant les propriétés structurelles, électroniques et ther- modynamiques du silicium amorphe (a-Si), la structure microscopique de ce semi-cond- ucteur covalent échappe jusqu’à ce jour à une description exacte. Plusieurs questions demeurent en suspens, concernant par exemple la façon dont le désordre est distribué à travers la matrice amorphe : uniformément ou au sein de petites régions hautement déformées ? D’autre part, comment ce matériau relaxe-t-il : par des changements homo- gènes augmentant l’ordre à moyenne portée, par l’annihilation de défauts ponctuels ou par une combinaison de ces phénomènes ? Le premier article présenté dans ce mémoire propose une caractérisation des défauts de coordination, en terme de leur arrangement spatial et de leurs énergies de formation. De plus, les corrélations spatiales entre les défauts structurels sont examinées en se ba- sant sur un paramètre qui quantifie la probabilité que deux sites défectueux partagent un lien. Les géométries typiques associées aux atomes sous et sur-coordonnés sont extraites du modèle et décrites en utilisant les distributions partielles d’angles tétraédriques. L’in- fluence de la relaxation induite par le recuit sur les défauts structurels est également analysée. Le second article porte un regard sur la relation entre l’ordre à moyenne portée et la relaxation thermique. De récentes mesures expérimentales montrent que le silicium amorphe préparé par bombardement ionique, lorsque soumis à un recuit, subit des chan- gements structuraux qui laissent une signature dans la fonction de distribution radiale, et cela jusqu’à des distances correspondant à la troisième couche de voisins.[1, 2] Il n’est pas clair si ces changements sont une répercussion d’une augmentation de l’ordre à courte portée, ou s’ils sont réellement la manifestation d’un ordonnement parmi les angles dièdres, et cette section s’appuie sur des simulations numériques d’implantation ionique et de recuit, afin de répondre à cette question. D’autre part, les corrélations entre les angles tétraédriques et dièdres sont analysées à partir du modèle de a-Si.

Spécifier pour mieux protéger? : l’évolution de la notion d’orientation sexuelle comme critère de discrimination au sein du droit international

Le présent travail s’interroge quant au niveau de protection offert par la structure actuelle du droit international à l’ensemble de la population LGBT en vertu des normes juridiques de non-discrimination. Il questionne par le fait même la nécessité de créer une convention internationale spécifique contre la discrimination faite en fonction de l’orientation sexuelle au sein du système onusien des droits de la personne. Afin de le déterminer, une analyse bipartite est proposée. L’évolution de la notion d’orientation sexuelle au sein du droit international de 1975 à aujourd’hui expose dans un premier temps l’applicabilité de la norme de non-discrimination à l’ensemble de la population, et ce, malgré la polarisation de la communauté internationale sur la question. Par la suite, la jurisprudence du Comité des droits de l’homme en matière d’orientation sexuelle illustre la mise sur pied d’un régime de protection des minorités sexuelles modulé par les tractations politiques présentes sur la scène internationale. Ce mémoire conclut que la protection de la population LGBT ne nécessite pas la création une convention internationale contre la discrimination faite en fonction de l’orientation sexuelle, mais plutôt l’imposition d’une garantie universellement applicable de la norme juridique de non-discrimination à tous les droits fondamentaux reconnus par le système des traités des Nations Unies.

Profils individuels et dynamiques interactionnelles des parents et des enfants à risque d’aliénation parentale dans un contexte d’une rupture conjugale litigieuse

L’aliénation parentale (AP) est un phénomène connu des intervenants sociolégaux œuvrant auprès des familles éclatées chez lesquelles on retrouve un haut niveau de conflits parentaux. Ce phénomène est peu étudié empiriquement et sa définition et les balises l’entourant demeurent à ce jour non circonscrites et suscitent confusion et controverse. Cette recherche n’a pas comme objectif de trancher sur ce qui est ou n’est pas de l’aliénation parentale, mais porte plutôt sur l’étude du phénomène de Détérioration du lien parent-enfant (DLPE), qui inclut une rupture complète du lien comme dans les cas d’AP, lors de séparations conjugales litigieuses. Cette thèse doctorale a pour objectif principal d’élargir notre compréhension sur les différents facteurs qui interagissent et qui mettent en place une situation familiale de DLPE. Le présent ouvrage est composé de quatre articles, dont trois sont empiriques. Le premier article est une synthèse critique des écrits théoriques et empiriques permettant de dégager les différents facteurs, conduites ou contextes individuels et relationnels associés à une DLPE. Il ressort que la plupart des écrits proviennent de comptes rendus cliniques. De plus, peu d’auteurs abordent ce phénomène dans une perspective systémique incluant une vision multifactorielle de cette situation. Plusieurs aspects demandent à être étudiés davantage : les caractéristiques individuelles, les comportements inappropriés des acteurs et les dynamiques familiales. En définitive, il importe d’établir les facteurs de résilience. Les articles 2, 3 et 4 ont été réalisés suite à une analyse qualitative de 17 dossiers d’expertise psychosociale de familles séparées en litige autour des accès des enfants. Le second article a pour objectif d’apporter un éclairage fouillé sur les structures de personnalité des parents impliqués dans de tels litiges. Il se dégage de cette analyse que les parents contribuent différemment à la dynamique familiale en fonction de leur profil de personnalité. Quatre profils parentaux ont émergé et permettent de discerner en quoi les parents aux conduites aliénantes se distinguent des parents dénigrés au niveau des profils de personnalité et en quoi la personnalité de ces parents est respectivement différente selon qu’ils maintiennent ou pas la relation avec leur enfant. L’analyse approfondie des profils parentaux a permis de formuler certains facteurs de risque et de protection relatifs à la structure de la personnalité des parents à risque d’une DLPE. Le troisième article a pour objectif d’évaluer par une lecture psychodynamique les différentes caractéristiques individuelles des enfants dans l’optique d’établir des pistes pouvant élucider pourquoi un enfant est résistant à une DLPE ou, au contraire, ne l’est pas. L’analyse qualitative fouillée des dossiers d’expertise a permis d’extraire différents facteurs de risque et de protection d’une DLPE chez ces enfants. Le quatrième article cherche à modéliser les différents facteurs de risque ou, au contraire, qui atténuent le risque de DLPE. Trois trajectoires dénotant une dynamique de DLPE ont émergé. Une modélisation systémique reprend l’ensemble des facteurs (dynamiques personnelles et relationnelles, contexte familial, système sociojuridique, personnes tierces et temps) émergeant de l’analyse et leur déploiement spécifique à chaque trajectoire.

Women Industrial Cooperatives- An Analysis of Its Structure, Performance and Growth in Kannur District

In the present study made an attempt to analyse the structure, performance and growth of women industrial cooperatives in kannur district, Kerala. The study encompasses all women industrial cooperatives registered at the district industries center, kannur and that currently exist. The women industrial cooperatives are classified into two ie; group with network and another group without network. In Kannur there are 54 units working as women industrial cooperatives. One of the main problems the women cooperatives face is the lack of working capital followed marketing problem. The competition between cooperatives and private traders is very high. The variables examined to analyse the performance of women industrial cooperatives in Kannur showed that there exists inter unit differences in almost all the variables. The financial structure structure shows that the short term liquidity of women cooperatives in Kannur favour more the units which have political networks; but the long term financial coverage is seen to be highly geared in this group, not because of a decline is net worth but due to highly proportionate increase in financial liabilities in the form of borrowings. The encouragement given by the government through financial stake and other incentives has been the major factor in the formation and growth of women cooperatives. As a result both productivity and efficiency improves in the cooperatives. In short the present study helped to capture the impact, role and dynamics of networking in general and socio political network in particular in relation to intra and inter unit differences on the structure, growth and performance of women industrial cooperatives societies in Kannur district

Studies on Energy Exchange and Upper Ocean Thermat Structure in Arabian Sea and Heat Transport in Northern Indian Ocean

The thesis focused Studies on Energy Exchange and Upper Ocean Thermal Structure in Arabian Sea and Heat Transport in Northern Indian Ocean. The present thesis is an attempt to understand the upper ocean thermal characteristics at selected areas in the western and eastern Arabian Sea in relation to surface energy exchange and dynamics, on a climatological basis. It is also aimed to examine, the relative importance of different processes in the evolution of SST at the western and eastern Arabian Sea. Short-term variations of energy exchange and upper ocean thermal structure are also investigated. Climatological studies of upper ocean thermal structure and surface energy exchange in the western and eastern parts of Arabian Sea bring out the similarities/differences and the causative factors for the observed features. Annual variation of zonally averaged heat advection in north Indian Ocean shows that maximum export of about 100 W/m2 occurs around 15ON during southwest monsoon season. This is due to large negative heat storage caused by intense upwelling in several parts of northern Indian Ocean. By and large, northern Indian Ocean is an area of heat export

Spatio-temporal Variability of Atmospheric Ozone over Indian Subcontinent and its Relation to Meteorological Parameters

Ozone present in the atmosphere not only absorbs the biologically harmful ultraviolet radiation but also is an important ingredient of the climate system. The radiative absorption properties of ozone make it a determining factor in the structure of the atmosphere. Ozone in the troposphere has many negative impacts on humans and other living beings. Another significant aspect is the absorption of outgoing infrared radiation by ozone thus acting as a greenhouse gas. The variability of ozone in the atmosphere involves many interconnections with the incoming and outgoing radiation, temperature circulation etc. Hence ozone forms an important part of chemistry-climate as well as radiative transfer models. This aspect also makes the quantification of ozone more important. The discovery of Antarctic ozone hole and the role of anthropogenic activities in causing it made it possible to plan and implement necessary preventive measures. Continuous monitoring of ozone is also necessary to identify the effect of these preventive steps. The reactions involving the formation and destruction of ozone are influenced significantly by the temperature fluctuations of the atmosphere. On the other hand the variations in ozone can change the temperature structure of the atmosphere. Indian subcontinent is a region having large weather and climate variability which is evident from the large interannual variability of monsoon system over the region. Nearly half of Indian region comprises the tropical region. Most of ozone is formed in the tropical region and transported to higher latitudes. The formation and transport of ozone can be influenced by changes in solar radiation and various atmospheric circulation features. Besides industrial activities and vehicular traffic is more due to its large population. This may give rise to an increase in the production of tropospheric ozone which is greenhouse gas. Hence it becomes necessary to monitor the atmospheric ozone over this region. This study probes into the spatial distribution and temporal evolution of ozone over Indian subcontinent and discusses the contributing atmospheric parameters.

Point of inflexion between the companies and the universities as opposed to the relation University, Company and State in Colombia

The Relation University, Company and State UEE defined through the eight committees created in Colombia to position the investigation like central axis of the triad one, impliesthe revision of the paper that in ahead must assume the companies and the universities for the success of the nexus. The scene raises the debt that both estates show as opposed to the definition of the subjects that in particular force them to work jointly within the triad one. The systemic methodology, drawn up under the epilogue of the order of the organizations, stipulates that these can work in unison or in key when they are understood like structure, and recognize what they do to each other. However, slope has left all a leaf of conciliations, understandings and repairs that they will have to be reviewed to the light of spirit UEE.

A new look at stratospheric sudden warmings. Part III. Polar vortex evolution and vertical structure

The evolution of the Arctic polar vortex during observed major mid-winter stratospheric sudden warmings (SSWs) is investigated for the period 1957-2002, using European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA-40 Ertel’s potential vorticity (PV) and temperature fields. Time-lag composites of vertically weighted PV, calculated relative to the SSW onset time, are derived for both vortex displacement SSWs and vortex splitting SSWs, by averaging over the 15 recorded displacement and 13 splitting events. The evolving vertical structure of the polar vortex during a typical SSW of each type is clearly illustrated by plotting an isosurface of the composite PV field, and is shown to be very close to that observed during representative individual events. Results are verified by comparison with an elliptical diagnostic vortex moment technique. For both types of SSW, little variation is found between individual events in the orientation of the developing vortex relative to the underlying topography, i.e. the location of the vortex during SSWs of each type is largely fixed in relation to the Earth’s surface. During each type of SSW, the vortex is found to have a distinctive vertical structure. Vortex splitting events are typically barotropic, with the vortex split occurring near-simultaneously over a large altitude range (20-40 km). In the majority of cases, of the two daughter vortices formed, it is the ‘Siberian’ vortex that dominates over its ‘Canadian’ counterpart. In contrast, displacement events are characterized by a very clear baroclinic structure; the vortex tilts significantly westward with height, so that the top and bottom of the vortex are separated by nearly 180◦ longitude before the upper vortex is sheared away and destroyed.

The harmonic force field and rz structure of HNCO

The presently available microwave, millimeter wave, and far-infrared data of five isotopic species of isocyanic acid, namely, HNCO, H15NCO, HN13CO, HNC18O, and DNCO, have been used to obtain improved values of the ground-state rotational constants, the five quartic distortion constants, and some higher-order distortion constants in the Ir S reduced Hamiltonian of Watson. The appropriate planarity relation among the quartic centrifugal distortion constants has been imposed in the fitting procedure. The general harmonic force field of isocyanic acid has been determined using all existing data, and assuming a trans bent equilibrium geometry of the molecule with an NCO angle of 170°. Finally an rz structure has been obtained using the Az, Bz, and Cz rotational constants of five isotopic species. The bending of the NCO chain is found to be 8° in the trans configuration.

Bryophyte diversity and community structure on thatched roofs of the Holnicote Estate, Somerset, U.K.

We investigated patterns of bryophyte species richness and community structure, and their relation to roof variables, on thatched roofs of the Holnicote Estate, South Somerset. Thirty-two bryophyte species were recorded from 28 sampled roofs, including the globally rare and endangered thatch moss, Leptodontium gemmascens. Multiple regression analyses revealed that thatch age has a highly significant positive effect on the number of species present, accounting for nearly half the observed variation in species richness after removal of outliers. Aspect has a slight and marginally significant effect on species diversity (accounting for an additional 6% of variation), with north-facing samples having slightly more species. Age also has a significant impact on total bryophyte cover after removal of outlying observations. TWINSPAN analysis of bryophyte cover data suggests the existence of at least five discrete communities. Simple Discriminant Analyses indicate that these communities occupy different ecological subspaces as defined by the measured roof variables, with pitch, aspect and thatch age emerging as especially significant attributes. Contingency Analysis indicates that some communities are disfavoured by water reed as compared to wheat straw. The findings are significant for understanding the structure of bryophyte communities, for evaluating the effect of bryophyte cover on thatch performance, and for conservation of thatch communities, especially those harbouring rare species.

A novel technique for differentiation of proteins in the development of acid gel structure from control and heat treated milk using confocal scanning laser microscopy

The incorporation of caseins and whey proteins into acid gels produced from unheated and heat treated skimmed milk was studied by confocal scanning laser microscopy (CSLM) using fluorescent labelled proteins. Bovine casein micelles were labelled using Alexa Fluor 594, while whey proteins were labelled using Alexa Fluor 488. Samples of the labelled protein solutions were introduced into aliquots of pasteurised skim milk, and skim milk heated to 90 degrees C for 2 min and 95 degrees C for 8 min. The milk was acidified at 40 degrees C to a final pH of 4.4 using 20 g gluconodelta-lactone/l (GDL). The formation of gels was observed with CSLM at two wavelengths (488 nm and 594 nm), and also by visual and rheological methods. In the control milk, as pH decreased distinct casein aggregates appeared, and as further pH reduction occurred, the whey proteins could be seen to coat the casein aggregates. With the heated milks, the gel structure was formed of continuous strands consisting of both casein and whey protein. The formation of the gel network was correlated with an increase in the elastic modulus for all three treatments, in relation to the severity of heat treatment. This model system allows the separate observation of the caseins and whey proteins, and the study of the interactions between the two protein fractions during the formation of the acid gel structure, on a real-time basis. The system could therefore be a valuable tool in the study of structure formation in yoghurt and other dairy protein systems.

The physics of baking: rheological and polymer molecular structure-function relationships in breadmaking

Molecular size and structure of the gluten polymers that make up the major structural components of wheat are related to their rheological properties via modem polymer rheology concepts. Interactions between polymer chain entanglements and branching are seen to be the key mechanisms determining the rheology of HMW polymers. Recent work confirms the observation that dynamic shear plateau modulus is essentially independent of variations in MW amongst wheat varieties of varying baking performance and is not related to variations in baking performance, and that it is not the size of the soluble glutenin polymers, but the structural and rheological properties of the insoluble polymer fraction that are mainly responsible for variations in baking performance. The rheological properties of gas cell walls in bread doughs are considered to be important in relation to their stability and gas retention during proof and baking, in particular their extensional strain hardening properties. Large deformation rheological properties of gas cell walls were measured using biaxial extension for a number of doughs of varying breadmaking quality at constant strain rate and elevated temperatures in the range 25-60 degrees C. Strain hardening and failure strain of cell walls were both seen to decrease with temperature, with cell walls in good breadmaking doughs remaining stable and retaining their strain hardening properties to higher temperatures (60 degrees C), whilst the cell walls of poor breadmaking doughs became unstable at lower temperatures (45-50 degrees C) and had lower strain hardening. Strain hardening measured at 50 degrees C gave good correlations with baking volume, with the best correlations achieved between those rheological measurements and baking tests which used similar mixing conditions. As predicted by the Considere failure criterion, a strain hardening value of I defines a region below which gas cell walls become unstable, and discriminates well between the baking quality of a range of commercial flour blends of varying quality. This indicates that the stability of gas cell walls during baking is strongly related to their strain hardening properties, and that extensional rheological measurements can be used as predictors of baking quality. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.