ÉTUDE DES MÉCANISMES DE DISSOLUTION D HYDROGELS DE PROTÉINES

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1 ÉTUDE DES MÉCANISMES DE DISSOLUTION D HYDROGELS DE PROTÉINES Maud Coignaud Presentation : Supervisors : Ruben Mercade-Prieto Romain Jeantet

2 SOMMAIRE Introduction Matériels et Méthodes Recherches bibliographiques Résultats et Discussion Conclusion de l étude 2

3 INTRODUCTION Comment fabriquer des aliments sains et sûrs? Hygiène Nettoyage Encrassement des équipements Perte de temps Coûts élevés DÉTERMINER UN MÉCANISME GÉNÉRAL DE DISSOLUTION 3

4 PROTÉINES ÉTUDIÉES LACTOSÉRUM 65% β-lactoglobuline BLANC D OEUF BO 54% Ovalbumine 25% 8% α-lactalbumine Albumine de Sérum Bovin 12% 11% Ovotransferrine Ovomucoid SOJA Glycinin PROTÉINES GLOBULAIRES Conglycinin 4

5 EXPÉRIENCES Preparation des gels Concentration : 15wt% Expérience de gonflement 80⁰C/90 ⁰C 1 heure 24h à 4⁰C Expérience de dissolution D Mesure de l absorbance de la solution < 280 nm Photo du gel Solvant Aimant magnétique Gel Cuvette Microscope x7.13 Déterminer l impact de l enchevêtrement Déterminer l évolution de la dissolution 5

6 Rate (g/m2.s) Concentration (g/g) Sommaire ANALYSE DE DONNÉES DISSOLUTION A A = f(t) 280nm 1. Données brutes 2. Absorbance concentration en protéine Loi de Beer-Lambert : 0.1 Extinction coefficient (mol -1.cm -1 ) Length (cm) X Y Evolution du taux de dissolution en fonction du temps Time (s) (g m -2 s -1 ) Time (s) 6

7 ANALYSE DE DONNÉES GONFLEMENT 1. DONNÉES BRUTES Diamètre d origine (D 0 ) Diamètres à différents temps (D f = diamètre final) Poids initial (m 0 ) Poids final (m sw ) 2. CALCUL RATIOS Ratio des diamètres D = D f /D 0 Ratio des masses SW m = m sw /m 0 3. RELATION THÉORIQUE 3. CALCUL DU TAUX DE GONFLEMENT VOLUMÉTRIQUE Volumes spécifiques (solvant et protéine) Masse de protéines dans le gel initial 7

8 β-lactoglobuline - LACTOSÉRUM Taille 152 résidus kda Acides aminés 2 ponts disulfures 1 (3%) cystéine (-SH-) Caractéristique 40% β-sheets trou = protéine compacte Petite protéine Ponts disulfures : faible accessibilité 8

9 Temps Sommaire CARACTÉRISTIQUES DE DISSOLUTION Optimum EFFET DE NAOH taux de dissolution : si ph ; avec Temps Optimum : ~0.07g.m -2.s -1 ~[NaOH] = 0.1M ph élevé : dissolution inhibée CARACTÉRISTIQUES Importance du gonflement de la matrice Double seuil de dissolution : ph + Volume libre RÉACTIONS DYNAMIQUES DOMINANTES Mercadé-Prieto R, Wilson DI, Paterson WR. (2008) 9

10 OVALBUMINE BLANC D OEUF Taille 152 résidus 44 kda Acides aminés 4 (1.6%) cystéine (-SH-) 1 pont disulfure Caractéristique 4 cystéines possibilité de faire -S-S- β-sheet = α-helix Grosse protéine Nécessité de casser le pont disulfure pour faire des agrégats 10

11 CONDITIONS ALCALINES 69⁰C --- interaction ph10 ph taux de dissolution ph interaction Optimum : absent Faible effet de la structure Optimum β-lg Dépendant de NaOH Li H, Koutzenko B, Chen XD, Jeantet R, Mercadé-Prieto R. (2015) 11

12 POUR CONCLURE Dissolution d Ovalbumine Facilité d agrégation (Ponts S-S) Gels particulaires Dissolution contrôlée par réaction de β-élimination Courbe de dissolution linéaire 70kJ/mol < Ea < 80kJ/mol Importance de Température +++ Gonflement --- RÉACTIONS CHIMIQUES DOMINENT 12

13 PROTÉINE DE SOJA MÉLANGE DE DIFFÉRENTES PROTÉINES Glycinin Cacractéristique 2 sous-untiés Taille kda Conglycinin Caractéristiques 3 sous-unités β-conglycinin = protéine principale Taille kda Acides aminés Protéine de soja Beaucoup de cystines Peu de cystéines GEL FAIBLEMENT STABILISÉ AVEC PONTS S-S 13

14 CONDITIONS ALCALINES Constant Lact With time constant values ph taux de dissolution R 0 =0.033 g.m -2.s -1 [NaOH] = 0.1M BO 0.1 Dépendant de NaOH Ruben Mercadé-Prieto et al

15 POUR CONCLURE Dissolution de protéine de soja R 0 augmentation linéaire avec ph Ea valeur élevée β-elimination limitante SEUIL DE PH MAIS [sel] R end Grosse protéine Gonflement = influence la dissolution SEUIL DE GONFLEMENT 15

16 PROTÉINES ÉTUDIÉES LACTOSÉRUM BLANC D OEUF Gonflement Double seuil de dissolution β-élimination Température SOJA β-élimination Température LIAISONS? TAILLE? Gonflement 16

17 ALBUMINE DE SÉRUM BOVIN -Pas d optimum de dissolution - Impact du gonflement Taille 607 résidus 66.5 kda Acides aminés 1 cystéine (-SH-) 17 ponts disulfures Caractéristique Beaucoup de α-helix Grosse protéine Très stables 17

18 CONDITIONS ALCALINES Optimum Augmentation linéaire ± constant 2 régimes R end < R start 1 ER RÉGIME 1 er régime Vitesse de dissolution : o jusqu à NaOH = 0.25M o ± constant NaOH > 0.25M Optimum : ~0.07g.m -2.s -1 ~[NaOH] = 0.25M 2ÈME RÉGIME 2 ème régime Taux de dissolution R end = R start Influence de NaOH? 18

19 EFFET DE LA TEMPÉRATURE NaOH 1 er régime NaOH 1M NaOH 0.1M Ea = ± 1.68 kj/mol Ea = ± 5.25 kj/mol Constantes de dissolution similaires NaOH 0.3M Ea = ± 2.87 kj/mol Effet de NaOH? 19

20 EFFET DE LA TEMPÉRATURE NaOH = 1M Ea = ± 7.06 kj/mol β-élimination 2 ème régime Transfert de masse Ea = ± 6.01 kj/mol POUR LES 2 RÉGIMES : Augmentation non linéaire de la vitesse de dissolution < 35 C : faible augmentation > 35 C : forte augmentation Influence de la température à ph 13 20

21 EFFET DU SEL NaOH 0.1M NaOH CaCl 2 Profil NaCl = Profil CaCl 2 Présence de 2 régimes Diminution linéaire mais pas instantanée Vitesse de dissolution : NaOH+NaCl < NaOH 0.1M NaOH NaCl Importance du gonflement de la matrice 21

22 EXPÉRIENCE DE GONFLEMENT Moyenne des valeurs gravimétrique et pondérale ph > 11.5 dissolution commence à faible [NaCl] Seuil de ph gonflement Q β-lg < Q BSA 20 < Q SPI Seuil de volume libre Q max observés à ph selon [NaCl] Importance du gonflement de la matrice 22

23 CONCLUSION Caractéristiques de BSA QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS 2 régimes en fonction du temps EN DESSOUS DES CONDITIONS OPTIMALES (NAOH < 0.25M) Augmentation linéaire de la vitesse de dissolution Optimum de dissolution Réactions rapides Ea Faibles rupture des liaisons non-covalentes Présence de sel pas de dissolution AU DESSUS DES CONDITIONS OPTIMALES Vitesse dissolution ± constante en fonction ph Soja NaOH > 1.5M : R end R start Réactions lentes Ea élevées rupture des liaisons peptidiques Présence de sel dissolution à ph élevé (12.5) Diffusion de petits oligomers Rupture des liaisons covalentes 23

24 Introduction Matériel et Méthode Bibliographie Résultats et Discussion Conclusion PERSPECTIVES ET EXPÉRIENCE PERSONNELLE D AUTRES PISTES À EXPLORER Ajout de sel n entraîne pas une diminution instantanée de la vitesse de dissolution Caractéristique des protéines dissoutes : poids moléculaires Structure du gel : conditions de gélation UNE EXPÉRIENCE INOUBLIABLE Environnement de travail différent développement de mes connaissances Rencontres merveilleuses et enrichissantes avec un accueil chaleureux Paysages et culture déroutants 24

25 MERCI DE VOTRE ATTENTION