Agrégation des arabinogalactane-protéines de la gomme d’Acacia seyal déminéralisée en milieu peu hydraté ˸ propriétés structurales, d’hydratation et physicochimiques

Aggregation of Arabinogalactan-Proteins from demineralized Acacia seyal gum in low hydration state˸ structural, hydration and physicochemical properties : structural, hydration and physicochemical properties

• Auteur / Autrice : Amandine Antoine-Michard
• Direction : Christian Sanchez, Michaël Nigen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et Physicochimie alimentaires
• Date : Soutenance le 14/11/2022
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Agro-Polymères et Technologies Emergentes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Marchesseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Sanchez, Michaël Nigen, Sylvie Marchesseau, Marie-Hélène Famelart, Sami Halila, Michel Grisel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Hélène Famelart, Sami Halila

Mots clés

Mots clés libres

Gomme d'Acacia

Agrégation

Arabinogalactane-Protéine

Propriété fonctionnelle

Acacia gum

Aggregation

Arabinogalactan-Protein

Functional propertie

Résumé

La gomme d'Acacia (AG, E414), également appelée gomme Arabique, est un exsudat gommeux et comestible issu des branches et des troncs des Acacias de variétés Senegal et Seyal. Les biomolécules composant la gomme d'Acacia font partie de la famille des arabinogalactane-protéines (AGPs). Ces biomolécules sont des glycoprotéines chargées et amphiphiles. Elles sont principalement composées de sucres (D-galactose, L-arabinose, L-rhamnose, acide D-glucuronique et acide 4-O-méthyle-D-glucuronique) ainsi que d'une fraction protéique et de minéraux. Les monosaccharides composant la gomme d'Acacia sont majoritairement organisés en blocs de sucres hyperbranchés associés de manière covalente à la fraction protéique. La gomme d'Acacia peut être définie comme un continuum d'AGPs différents par leurs propriétés biochimiques, structurales et physicochimiques. La gomme d'Acacia est unique par ses propriétés techno-fonctionnelles. Elle est très largement utilisée dans les industries alimentaires et non alimentaires (pharmaceutique, cosmétique ou textile) comme agent stabilisant, émulsifiant, d'enrobage et de surface.Les propriétés physicochimiques de la gomme d'Acacia sont étroitement liées à la distribution moléculaire de ces AGPs et notamment à la teneur en AGPs de haute masse molaire riche en protéines. La gomme d'Acacia est fortement soluble dans les solvants aqueux malgré ses propriétés d'auto-association et la formation d'agrégats. Ces propriétés d'auto-association sont naturelles et inhérentes à la gomme d'Acacia, elles dépendent notamment de la physiologie des arbres et des traitements physicochimiques mis en œuvre après la récolte. Par exemple, l'agrégation des AGPs peut être induite par les procédés technologiques mis en œuvre lors de la transformation de la gomme brute en gomme atomisée. Le stockage des poudres de gomme d'Acacia dans des conditions physicochimiques particulières peut également induire la formation d'assemblages et d'agrégats entre AGPs. Par conséquent, la compréhension de ces mécanismes d'auto-association entre AGPs permettra de contrôler les propriétés physicochimiques des gommes d'Acacia et de développer de nouveaux ingrédients à base de gomme d'Acacia. L'objectif principal de cette thèse CIFRE est d'étudier l'impact des conditions de mise en œuvre et de stockage des gommes d'Acacia sur les propriétés structurales et physicochimiques des AGPs :- La première étape de ce projet sera consacrée à la caractérisation des mécanismes (cinétique et dynamique) d'assemblage des AGPs en fonction des conditions de stockage afin de contrôler la formation de ces assemblages et la nature de ces assemblages. Durant cette étude, les AGPs impliqués dans la formation de ces assemblages, ainsi que la nature de ces assemblages, seront identifiés et caractérisés par des approches biochimiques, spectroscopiques, microscopiques et de diffusion.- La seconde étape de ce projet sera consacrée à la caractérisation des propriétés physicochimiques des assemblages formés. La stabilité colloïdale de ces assemblages sera étudiée en fonction de la nature et des propriétés du solvant. Les propriétés d'hydratation, rhéologiques et interfaciales de ces assemblages seront également caractérisées. Ces différentes études permettront d'apporter de nouvelles connaissances sur les mécanismes d'auto-association des AGPs et de générer à façon de nouveaux assemblages fonctionnelles à base d'AGPs de gomme d'Acacia.

Acacia gum (AG, E414), also called gum Arabic, is an edible dried gummy exudate obtained from the trunk and branches of Acacia Senegal and Acacia Seyal trees. GA biopolymers belong to the arabinogalactan-protein (AGP) family. They are soft, hyperbranched, charged and amphoteric heteropolysaccharides mainly composed of carbohydrates (D-galactose, L-arabinose, L-rhamnose, D-glucuronic acid, and 4-O-methyl-D-glucuronic acid) with a small fraction of proteins and minerals. GA can be defined as a continuum of biopolymers differing by their biochemical, physicochemical and structural properties. AG is unique among the natural gums because of its techno-functional properties. It is widely used in food and non-food industries (pharmaceutical, printing, textile and cosmetic) as a stabilizer, emulsifier, flavoring agent, and surface-finishing agent. Physicochemical properties of AG are partly related to the molecular distribution of AG biopolymers and especially to the content of protein rich-high molar mass biopolymers. AG is highly soluble in water despite the formation of some aggregates. These properties depend on the physiology of trees and the physical treatments applied to AG after its harvest. For instance, AG aggregates can be induced during the processing of raw gums into spray-dried gums. The storage of spray-dried gums under specific physico-chemical conditions could also induce self-assembly of AG biopolymers. Hence, the understanding of the self-assembly mechanism of AG biopolymers under physico-chemical conditions is becoming essential to better control the physicochemical properties of AG and possibly to develop new AG based ingredients. The main objective of this CIFRE PhD is to investigate the impact of processing and storage conditions of AG biopolymers on their structure and physicochemical and properties. The first stage of the project will be devoted to study the self-assembly (kinetic) properties of AG under specific processing conditions in order to control and modulate the formation of AG assemblies. The aggregation mechanism of AG biopolymers will be studied and defined by characterizing the aggregates using biochemical, spectroscopic and microscopic techniques. The second stage of the project will be dedicated to study the physico-chemical properties of the AG assemblies. The colloidal stability of AG aggregates in solution will be investigated according to the solvent physico-chemical conditions. The impact of these environmental modifications on the structure and composition of aggregates will be studied by a combination of biochemical, chromatographic, scattering and microscopic methods. The functional properties of AG aggregates as the hydration, rheological and interfacial properties will be assessed. These different studies will provide new insights about the self-association mechanism of AGPs and generate new functional assemblies based on AGPs from Acacia gum.