ETUDE PAR SPECTROSCOPIE INFRA ROUGE. Isabelle Capron, Paul Robert, Maurice Brogly*, Paul Colonna et Véronique Planchot

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1 ETUDE PAR SPECTROSCOPIE INFRA ROUGE L AMIDON DANS TOUS SES ETATS! Isabelle Capron, Paul Robert, Maurice Brogly*, Paul Colonna et Véronique Planchot Unité de Recherche sur les Biopolymères, Interactions et Assemblages - INRA de NANTES * Institut de Chimie des Surfaces et Interfaces MULHOUSE

2 L organisation aux différentes échelles structurales Phase amorphe Amylopectine Amylose lamelle cristalline lamelle amorphe 9 nm DP45 DP15 Grain 1-100µm Cristallite ~ 100 nm Macromolécules interactions moléculaires < nm

3 Organisation hélicoïdale des chaînes amylose bras espaceurs doubles hélices

4 Organisation hélicoïdale des chaînes amylose bras espaceurs doubles hélices

5 Processus impliqué lors de l hydratation Effet de mobilité élevée du squelette et des bras espaceurs. Nématique état sec Smectique état humide Apparition de la périodicité smectique lamellaire (SAXS) Waigh et al., Carbohydr. Res., 2000

6 Arrangement cristallin Type A: monoclinique 4 H 2 O/maille Type B: hexagonale Canal central : 36 H 2 O/maille

7 Déterminisme du type cristallin / densité de branchement wxdu: : type A aewx: : type B ses chaînes / grappe (15-20) Chaînes courtes (CL~10) Peu de chaînes / grappe (4-5) Ramifications proches Chaînes longues (CL~13) Ramifications espacées Forte densité de branchement/tête de grappe (~ 0,18) Faible densité de branchement/tête de grappe (~ 0,13) C. Gérard et al. carbohydr. Res (2000)

8 Situation du projet: Biomimétique formation d une couche dense de chaînes d α glucanes voie mécanique surface solide greffage chimique Organisation des chaînes sur une surface

9 Situation du projet : Biomimétique Caractérisation de ces couches organisation au niveau local (<10nm) faible quantité de produit substrat conditionné spectroscopie infra rouge PM-IRRAS / IRRAS biblio?

10 La spectroscopie FTIR en mode ATR Vibrations caractéristiques des liaisons chimiques Basé sur la réflexion des radiations IR en surface Cristal à haut indice de réfraction Presse Echantillon poudre conditionnée 2µm ATR: Attenuated Total Reflectance

11 Spectre type de structures amylacées mode couplage C-O-C ; C-O; C-C; C-H 0,5 0,4 OH H2O déformations CH 2 ; C-O-H 0,3 0,2 0, ,1

12 Dans la littérature 0, ,15 0, , , ,05-0,10 Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H

13 Dans la littérature 1200 Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H formation d hélices C-O, C-C, O-H amorphe hydratation α(1-4) 950 α(1-6) 938, étirement C-O-C C-O-C ring breathing ,20 0,15 0,10 0,05 0,00 893, , 850, 838-0,05-0,10 Signaux hautement couplés pas d attribution des pics Comparaison des échantillons impossible

14 Dans la littérature Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H amorphe formation d hélices hydratation α(1-4) α(1-6) 938, étirement C-O-C 850 0,20 0,15 0,10 0,05 0, ,05-0,10 Signaux hautement couplés pas d attribution des pics Comparaison des échantillons impossible

15 Préparation d une bibliothèque d états de référence des associations de chaînes Choix d échantillons: structures variées teneurs en eau contrôlées

16 Choix des échantillons: structure cristalline HCl 2,2N, 35j état semi-cristallin état cristallin Grain Lintner

17 Morphologie des lintners (maïs waxy) 5-7 nm nm Pohu et al. Biomacromol., nm

18 Echantillons amorphes: extrudé et glycogène chauffage àt >T fusion perte d eau rapide état semi-cristallin Grain état fondu état vitreux amorphe extrudé % de branchement : 7 % glycogène

19 Choix des échantillons amorphe structure semi cristalline ordonné extrudé glycogène amidon lintner extr. P de Terre P de Terre P de Terre glycogène manioc manioc maïs riche amylose maïs riche amylose maïs normal maïs normal maïs waxy

20 Teneurs en eau des échantillons Chaque échantillon est conditionné dans 6 sels saturés teneur en eau (%) SrCl2 NaCl KCl BaCl2 5 0 K2CO3 NaBr ,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 aw théorique

21 Effet du changement de structure formation d hélices amorphe comparaisons de structures de PdT hydratation extrudé PdT amidon PdT lintner PdT 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, cm ,05 Echantillons conditionnés dans BaCl 2 (aw=0,9)

22 Effet de la teneur en eau Lintner de PdT conditionné à différentes humidités relatives 0,3 8,1% 9,2% 11,7% 12,5% 16,6% 22,3% 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,05 cm -1

23 Analyse à multicomposantes Traitement systématique des spectres: coupé ( cm -1 ) ligne de base normalisation (S=1) Traitement logiciel ACP : composante profil spectral 1000 cm cm cm -1 suivi du rapport 1000/1022 cm -1 en fonction de la teneur en eau Spectre vectoriel obtenu sur 66 échantillons

24 Rapports 1000/1022 cm -1 en fonction de la teneur en eau 7 6 rapport 1000/ Lintner PdT extr.pdt Amidon PdT teneur en eau (w/w) Il y a une organisation liée à la structure intrinsèque de l échantillon et à son taux d hydratation

25 Echantillons de maïs amidon /lintner rapport 1000/ Lintner maïs riche amylose Lintner maïs glycogène amidon maïs normal AM riche en amylose teneur en eau (w/w) Pas de différence à l échelle cristalline: ordre à longue distance Peu de distinction sur les amidons, beaucoup sur les lintners

26 Analyse des résultats La variation d organisation s effectue à l échelle des hélices (et non à l échelle de la maille cristalline)? glissement des hélices l une par rapport à l autre modèle proposé par Donald et al.

27 Conclusion / Perspectives La spectroscopie infra-rouge en ATR permet de comparer des variations de structure ratio 1000/1022 cm -1 Conforter les effets observés sur les composés amylacés échantillons de degré d ordre intermédiaire vérification de l organisation de surface étude des liaisons par déconvolution des spectres Merci!