Rôle des arabinoxylanes et des B-glucanes dans l'assemblage et les propriétés des parois de l'albumen des grains de céréales

Role of arabinoxylans and beta-glucans on the assembly and properties of endosperm cell walls of ceral grains

• Auteur / Autrice : Ruifeng Ying
• Direction : Luc Saulnier, Corinne Rondeau-Mouro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Polysaccharides

Biofilms

Mots clés libres

Arabinoxylanes

Beta-glucanes

Parois cellulaires

Mobilité moléculaire

Endosperme

Diffusion de l'eau

Résumé

Les arabinoxylanes (AX) et les (1→3)(1→4)-ß-D-glucanes (BG) sont les principaux composants des parois cellulaires de l'albumen amylacé du grain de blé. Des variations spatiales et temporelles de la structure de ces polymères et de leur organisation dans la paroi sont observées. Toutefois le rôle de ces différents polysaccharides et l’impact de ces variations sur l' assemblage pariétal et les propriétés des parois sont mal compris. L’objectif de ce travail a été d’explorer les propriétés d’hydratation, de porosité et mécaniques de films d’AX et de BG mimant l’organisation et la diversité structurale des polymères des parois. Quatre méthodes de caractérisation ont été utilisées dans le but de mesurer des paramètres de mobilité, de diffusion, d’interaction et de résistance à la rupture en fonction de la teneur en eau et de la composition des films en polysaccharides: des isothermes de sorption et de diffusion, la RMN bas champ, la microscopie (AFM, MEB) et des mesures en mécanique. Les résultats montrent que la diffusion de l’eau à travers les films varie selon la structure des polysaccharides et l’épaisseur des films. Les interactions entre les chaînes de BG sont plus fortes ce qui se traduit par une microporosité des films plus faible et ainsi une plus grande résistance à la rupture des films. Plus les chaînes d’AX sont substituées, plus les interactions entre AX sont faibles. On retrouve cette tendance dans les films composites constitués d’AX et de BG. Plus le taux de substitution des AX augmente, moins les films sont homogènes et moins ils sont extensibles. Ces travaux démontrent l’impact significatif du degré de substitution des AX sur les propriétés d’hydratation et mécaniques des films composites, propriétés que l’on peut mettre en lien avec les variations structurales observées au niveau des parois cellulaires de l’albumen du grain.

Arabinoxylans (AXs) and (1→3)(1→4)-ß-D-glucan (BGs) are the main components of the cell walls of the starchy endosperm of the wheat grain. Spatial and temporal variations in the structure of these polymers and their organization in the wall are observed. However, the role of these polysaccharides and the impact of these variations on the wall assembly and properties are not understood. The objective of this study was to explore the hydration, porosity and mechanical properties of AX and BG films used as models of the organization and the structural diversity of polymers of cell walls. Four methods of characterization were used to measure parameters of mobility, diffusion, interaction and tensile strength as a function of water content and the polysaccharide composition of films: sorption isotherms and diffusion, low-field NMR, microscopy (AFM, SEM) and mechanical measures. The results show that the diffusion of water through films depends on polysaccharide’s structure and film’s thickness. Interactions between BG chains are stronger which results in a lower microporosity of the films with a greater tensile strength. The more AX chains are substituted, the weaker are the interactions between AX chains. This trend was also found for the composite films made of AXs and BGs. Higher is the substitution degree of AXs, less homogeneous and less extensible are the composite films. This work demonstrates the significant impact of the degree of substitution of AXs on the hydration and mechanical properties of composite films, properties that can be related to the structural variations observed in the cell walls of grain endosperm.