Contribution à la connaissance des propriétés amphiphiles des pectines

par Jacques Mazoyer

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Catherine Bucherer-Guillermin.

Soutenue en 2010

à Paris 6 .


  • Résumé

    Ce rapport décrit une étude de recherche visant à améliorer la connaissance des propriétés émulsifiantes de la pectine. L’étude a été initiée par une demande commerciale de la société Cargill visant à trouver un additif alimentaire choisi dans une gamme de polysaccharides capable de remplacer la gomme arabique pour une utilisation en tant qu’agent émulsifiant. La recherche documentaire a montré que la pectine était un bon candidat avec des propriétés émulsifiantes reconnues. Cependant, si l’origine des propriétés émulsifiantes de la gomme arabique a été étudiée, celle de la pectine n’a fait l’objet d’aucune recherche spécifique au moment de cette étude. Le travail de recherche a mis en oeuvre 3 phases qui ont permis de comprendre l’origine des propriétés émulsifiantes de la pectine et ses limites. La première partie a porté sur la mise en évidence des capacités tensioactives de certains biopolymères, notamment de la pectine. Il en a été déduit que la pectine peut abaisser la tension à l’interface de systèmes eau/huile et que parmi les pectines celles de citron de faibles masses molaires et de betterave sont les plus efficaces. Les propriétés émulsifiantes sont corrélées avec les résultats de tensions et de bons résultats en matière de qualité d’émulsions ont été obtenus avec la pectine. Un examen du potentiel Zéta n’a pas apporté de contribution spécifique. La seconde partie a été consacrée aux aspects structuraux. La pectine a été séparée en fonction de son affinité pour l’huile en utilisant deux méthodes, une méthode physique de séparation à partir d’une émulsion et une méthode chromatographique (HIC). Dans tous les cas les fractions ont été analysées, ce qui a permis de reconnaitre des éléments structuraux contribuant aux fonctions amphiphiles. Le plus important est une protéine, qui fait probablement partie d’un ensemble arabinane-protéine-phénol. D’une façon quantitative on a trouvé que 26,7% de la pectine pouvait s’adsorber sur l’huile et que 3,83 mg/m2 de pectine recouvraient l’huile. Le rôle des acétyles n’est pas apparu comme essentiel. Et les protéines n’ont pas pu être séparées de la pectine, montrant ainsi la probabilité d’une liaison chimique entre des fractions protéiques et la pectine. Il est également ressorti de cette partie que la nature de l’huile est un paramètre qui a un effet sur l’adsorption de la pectine. Ainsi l’huile végétale comme celle de colza fixe plus de pectine et requiert moins de protéines que l’huile essentielle d’orange. La troisième partie a été axée vers la stabilité des émulsions préparées avec la pectine. Des émulsions modèles et d’autres plus proches de systèmes applicatifs ont été étudiées. Des limites quant à la capacité émulsifiante de la pectine ont été mises en évidence. Un processus de déstabilisation des émulsions préparées avec la pectine a été identifié. La présence d’agrégats a été observée et il a été reconnu que ces agrégats étaient responsables de l’instabilité des émulsions. L’origine de ces agrégats a été étudiée et il est en ressorti qu’ils sont liés à la présence de cations polyvalents et particulièrement du calcium qui stabilise des groupes de globules d’huile par pontage calcique. La stabilisation des émulsions par la pectine est possible mais il faut réduire les interactions avec le calcium en réduisant l’affinité du polymère pour les cations divalents. Ceci peut être réalisé en utilisant par exemple la pectine de betterave qui est moins sensible au calcium que la pectine de citron. On peut également réduire la masse molaire des pectines, ce qui réduit également les possibilités de recouvrement des chaines de pectines appartenant à des globules distincts. Enfin en utilisant moins d’huile, la faible fraction de pectine adsorbable peut de recouvrir davantage les globules ce qui permet d’augmenter la quantité de pectine adsorbée à la surface ainsi que les forces de répulsion.

  • Titre traduit

    Contribution to the knowledge of emulsifying properties of pectin


  • Résumé

    This report describes a research study that aims at a better understanding of the emulsifying capacities of pectin. This research study started with a commercial request regarding the need of a product and possibly a polysaccharide material that has emulsifying abilities equivalent to those of gum arabic and that can replace it in beverage applications. Literature has shown that pectin has good emulsifying ability and could be successfully used for this purpose. However, no study was done to elucidate the emulsifying properties of pectin whereas those of gum arabic were studied in depth. This research study was organised within 3 phases that have provided information about the origin and limits of emulsifying functionalities of pectin. The first part of the study focused on the observation of surface properties of biopolymers and specially pectins. It was turned out that pectin can lower surface tensions at oil/water interfaces and among the pectin variety, low molecular weight citrus pectin and sugar beet pectin gave the best results. Emulsifying abilities and surface properties are quite well correlated. However zeta potential measurements did not bring relevant information. In the second part, the chemistry of emulsifying properties of pectin was studied. Thus, pectin fractions were separated as a function of their affinity for the oily phase. Two approaches were made, first by separating and recovering the 2 phases in an emulsion and by hydrophobic interaction chromatography (HIC). In both cases fractions were analysed, and components that contribute to amphiphilic behaviour were identified. The first one is a protein that probably belongs to group made of arabinan-protein-phénolic acid. Quantitative results have shown that 26,7% of the pectin mass can absorb on the oil and that 3,83 mg/m2 is surface coverage load. It was not observed that acetyls have an important role regarding surface properties. As protein could not be separated from pectin, then we came up to the hypothesis of a strong chemical link between pectin and protein. It was also observed that the oil nature has an effect upon the surface adsorption. Thus pectin adsorbs more on rapeseed oil and lower protein content in the pectin is needed than for adsorption on orange oil. Within the third part of the study, the stability on storage of the emulsions made with pectin was examined. Model emulsions and commercial emulsion formulas were tested. So limits when using pectin in emulsions were observed and a process of pectin made emulsions was identified. Aggregates were observed and they were recognized as responsible for emulsions instability. The aggregates origin was studied and it was concluded that they are due to presence of divalent cations and specifically calcium that stabilizes groups of droplets by bridging. Indeed, pectin can stabilise emulsions; however calcium interaction must be carefully controlled. As it is not always feasible to use a calcium free medium, then the affinity of the polyelectrolyte for calcium has to be lowered. This can be achieved in using sugar beet pectin that is much less calcium sensitive than citrus pectin. Molecular weight of pectin can also be considered, when reducing the molecular weight, the overlapping of pectin chains belonging to separate droplets is reduced, therefore calcium bridging flocculation is reduced. At last, it is recommended to use less oil in the emulsion; this allows the small pectin fraction that has emulsifying capacity to better cover the oil

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  • Détails : 1 vol. (156 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 145-151. 74 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2010 212
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