Structure of citrus pectin

par Merve Kaya

Thèse de doctorat en Aspect moléculaire et cellulaire de la biologie, biochimie

Sous la direction de Marie-Christine Ralet.


  • Résumé

    Contexte: Les pectines est sont des macromolécules complexes, composées essentiellement d 'homogalacturonanes et de rhamnogalacturonanes I. Ils représentent environ 90% des pectines dans la plupart des plantes. Les pectines peuvent être isolées des parois par divers procédés d'extraction et leurs caractéristiques chimiques, physicochimiques et structurales sont influencées non seulement par ces méthodes mais également par l'origine végétale de la matière première. Les pectines extraites ont d'abord été analysées de façon globale pour leur composition et leurs caractéristiques macromoléculaires. Dans un deuxième temps, les domaines pectiques homogalacturonanes et rhamnogalacturonanes I ont été spécifiquement isolés et purifiés. Cette approche visait à appréhender les différences structurales des pectines d'agrumes suivant leur mode d'extraction et la source végétale. Les proportions relatives des différents domaines pectiques, la longueur des domaines homogalacturonanes et la structure fine des domaines rhamnogalacturonanes ont été particulièrement étudiées. Matériel et méthodes: Des écorcés d'agrumes (orange, citron, lime et pamplemousse) ont été utilisées comme matière première. Extraction de la pectine: Des échantillons de pectine ont été obtenus dans une usine pilote ( extractions sévère et douce par l'acide nitrique et extraction sévère par l'acide oxalique) et au laboratoire (extraction douce par l'acide oxalique). La composition osidique et les caractéristiques macromoléculaires (masse molaire et viscosité intrinsèque) des pectines ont été étudiées. Isolement et purification des homogalacturonanes: des échantillons de pectine désestérifiée ont été soumis à une hydrolyse acide douce à différents intervalles de temps. Les caractéristiques macromoléculaires des fractions insolubles à l'acide représentant les domaines homogalacturonanes ont été analysées. . En outre, la composition osidique des fractions solubles à l'acide, représentant les sucres liés au rhamnogalacturonane I détachés de la pectine par des conditions acides, a été analysée. Isolement et purification des rhamnogalacturonanes I: Les domaines rhamnogalacturonane I ont été isolés à partir des écorces et à partir des pectines extraites. Le procédé d'isolement utilisé repose sur une dégradation alcaline des domaines homogalacturonane. Les fractions purifiées de rhamnogalacturonane I ont été caractérisées par leur composition monosaccharidique et par la nature des liaisons entre les oses. Principaux résultats: Le pH d'extraction et le type d'acide utilisé (nitrique ou oxalique) influencent la structure et les caractéristiques macromoléculaires des pectines. L'acide oxalique a permis d'extraire des pectines de masse molaire élevée. Les pectines extraites à l'acide oxalique (extraction douce) étaient enrichies en longues chaînes d'homogalacturonane et contenaient du rhamnogalacturonane I avec des chaînes latérales conservées. Les pectines extraites à l'acide nitrique avaient une faible masse molaire et contenaient des rhamnogalacturonanes comprenant de nombreuses chaînes latérales courtes. En terme de source végétale, les pectines de pamplemousse contenaient moins de chaînes latérales par rapport aux pectines d'orange, de lime et de citron. En outre, les pectines d'orange et de pamplemousse étaient particulièrement riches en rhamnogalacturonane I non ramifié. Après 24 h d'hydrolyse acide ménagée (conditions optimales), la répartition de l'acide galacturonique entre fraction insoluble à l'acide et fraction soluble à l'acide a été utilisée pour estimer la proportion entre homogalacturonane et rhamnogalacturonane I, respectivement. Les ratios varient de 70/30 à 95/05, selon la source d'agrumes et les conditions d'extraction des pectines. En ce qui concerne la caractérisation du rhamnogalacturonane I purifié, une dégradation des chaînes latérales contenant de l'arabinose a été observée pour les extractions par l'acide nitrique. L'analyse des liaisons glycosidiques à révélé la présence d'arabinanes et d'arabinogalactanes de type I et Il.


  • Résumé

    Background: Pectin is a complex macromolecule, made mostly of homogalacturonan and rhamnogalacturonan I. Together, they represent approximately 90% of pectin in most plants. Pectins can be isolated from the walls by various extraction processes. Their chemical and physicochemical characteristics are influenced not only by these extraction methods, but also by the source of the raw material. Extracted pectin samples were first analyzed for their composition and macromolecular characteristics. Secondly, homogalacturonans and rhamnogalacturonans I were specifically isolated and purified. This approach aimed to understand the structural differences in citrus pectin due to extraction conditions and plant source. The relative proportions of different pectic domains, the length of homogalacturonans the fine structure of rhamnogalacturonans were particularly studied. Materials and methods: Citrus peel (orange, lemon, lime, and grapefruit) was used as raw material. Pectin extraction: Pectin samples were obtained on a pilot plant scale (harsh nitric acid, mild nitric acid, and harsh oxalic acid extraction) and on a laboratory scale (mild oxalic acid extraction). Pectin composition (acidic and neutral sugars) and physicochemical properties (molar mass and intrinsic viscosity) were investigated. Homogalacturonan isolation: De-esterified pectin samples were subjected to mild acid hydrolysis for different time intervals. Macromolecular characteristics (molecular weight and intrinsic viscosity) were analysed in acid-insoluble fractions, representing homogalacturonan domains. In addition, sugar compositions of acid- soluble fractions (representing rhamnogalacturonan I related sugars detached from pectin due to the acidic conditions) were analysed. Rhamnogalacturonan I isolation: Rhamnogalacturonan I domains were both isolated from peels and from extracted pectin samples. The isolation method was based on alkaline degradation of homogalacturonan. Purified rhamnogalacturonan I fractions were characterized by their monosaccharide compositions and linkage analyses. Key Results: The pH and extraction agent (nitric acid or oxalic acid) influenced the chemical structure and macromolecular characteristics. Oxalic acid allowed the recovery of pectin samples of high molecular weight. Mild oxalic acid-extracted pectins were rich in long homogalacturonan stretches and contained rhamnogalacturonan I stretches with conserved side chains. Nitric acid-extracted pectins had a low molecular weight and contained rhamnogalacturonan I stretches made of numerous short side chains. In terms of plant source, grapefruit pectin was found to have less side chains compared to orange, lime and lemon. Moreover, orange and grapefruit pectin samples were both particularly rich in rhamnogalacturonan I backbone. After 24 h of mild acid hydrolysis of pectin samples (defined as optimum conditions), the repartition of total galacturonic acid into acid-insoluble and acid-soluble fractions was used as a measure to estimate the proportion between pectic main domains, homogalacturonan and rharnnogalacturonan I, respectively. Ratios varied from 70/30 to 95/05, depending on citrus source and pectin extraction conditions. Regarding purified rhamnogalacturonan I characterisation, arabinose-containing side chains were deconstructed when nitric acid (mild or harsh) pectin extraction conditions were applied. Linkage analyses revealed the presence of arabinans and of type I and II arabinogalactans.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 29 p.

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