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
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
Organisation hélicoïdale des chaînes amylose bras espaceurs doubles hélices
Organisation hélicoïdale des chaînes amylose bras espaceurs doubles hélices
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
Arrangement cristallin Type A: monoclinique 4 H 2 O/maille Type B: hexagonale Canal central : 36 H 2 O/maille
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)
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
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?
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
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 0 3650 3150 2650 2150 1650 1150 650-0,1
Dans la littérature 0,20 995 0,15 0,10 1047 0,05 1150 1080 938 0,00 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 893 864-0,05-0,10 Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H
Dans la littérature 1200 Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H 1150 1150 formation d hélices C-O, C-C, O-H 1100 1080 amorphe 1022-1020 1050 1053-1040 hydratation 1000-995 1000 962-954 α(1-4) 950 α(1-6) 938, 923 900 étirement C-O-C C-O-C ring breathing 850 800 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 893, 903 864, 850, 838-0,05-0,10 Signaux hautement couplés pas d attribution des pics Comparaison des échantillons impossible
Dans la littérature Domaine des liaisons C-O-C; C-O; C-C; C-H 1200 1150 1100 amorphe formation d hélices 1050 1022-1020 1053-1040 hydratation 1000-995 1000 α(1-4) 962-954 950 α(1-6) 938, 923 900 étirement C-O-C 850 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 800-0,05-0,10 Signaux hautement couplés pas d attribution des pics Comparaison des échantillons impossible
Préparation d une bibliothèque d états de référence des associations de chaînes Choix d échantillons: structures variées teneurs en eau contrôlées
Choix des échantillons: structure cristalline HCl 2,2N, 35j état semi-cristallin état cristallin Grain Lintner
Morphologie des lintners (maïs waxy) 5-7 nm 12-15 nm Pohu et al. Biomacromol., 2004 20-30 nm
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
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
Teneurs en eau des échantillons Chaque échantillon est conditionné dans 6 sels saturés 30 25 teneur en eau (%) 20 15 10 SrCl2 NaCl KCl BaCl2 5 0 K2CO3 NaBr 0.43 0.58 0.71 0.75 0.84 0.90 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 aw théorique
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 0,05 0 1030 980 cm -1 930 880-0,05 Echantillons conditionnés dans BaCl 2 (aw=0,9)
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 0 1030 980 930 880-0,05 cm -1
Analyse à multicomposantes Traitement systématique des spectres: coupé (875-1065 cm -1 ) ligne de base normalisation (S=1) Traitement logiciel ACP : composante profil spectral 1000 cm -1 1047 cm -1 1022 cm -1 suivi du rapport 1000/1022 cm -1 en fonction de la teneur en eau Spectre vectoriel obtenu sur 66 échantillons
Rapports 1000/1022 cm -1 en fonction de la teneur en eau 7 6 rapport 1000/1022 5 4 3 2 1 0 Lintner PdT extr.pdt Amidon PdT 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 teneur en eau (w/w) Il y a une organisation liée à la structure intrinsèque de l échantillon et à son taux d hydratation
Echantillons de maïs amidon /lintner rapport 1000/1022 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Lintner maïs riche amylose Lintner maïs glycogène amidon maïs normal AM riche en amylose 5 10 15 20 25 30 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
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.
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!