Thèse soutenue

Etude des relations entre structures et propriétés de films d'arabinoxylanes isolés de co-produits agricoles
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Auteur / Autrice : Ying Zhang
Direction : Caroline Rémond
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 01/02/2012
Etablissement(s) : Reims
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne ; 2000-2011)

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Résumé

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Plus de 40% des matériaux plastiques sont utilisés pour l’emballage. Les principaux polymères sur le marché de l’emballage alimentaire sont les polymères synthétiques d’origine fossile. Du fait de la raréfaction des ressources fossiles, la valorisation des polymères issus de matières premières renouvelables d’origine végétale représente une alternative à l’utilisation des polymères pétro-sourcés. Les hémicelluloses, avec la cellulose et les lignines, sont un composant majeur des ressources lignocellulosiques. Les hémicelluloses constituent des réseaux macromoléculaires denses et peu mobiles qui leur confèrent intrinsèquement d’excellentes propriétés barrières aux gaz. L’objectif de cette thèse est d’isoler les arabinoxylanes (AX) à partir de divers co-produits de céréales (son de blé, paille de blé, rafles de maïs) afin d’étudier l’impact de leurs compositions et de leurs structures sur certaines de leurs propriétés physico-chimiques, après mise en oeuvre sous forme de films pour des applications potentielles dans le domaine de l’emballage alimentaire.Les arabinoxylanes ont été extraits par un procédé alcalin puis séparés en trois fractions en fonction de leur solubilité dans l’eau et dans l’éthanol 50% (v/v). Les trois fractions récupérées (i/ insoluble dans l’eau, ii/soluble dans l’eau et insoluble dans l’éthanol, iii/soluble dans l’eau et soluble dans l’éthanol) présentent un rapport Ara/Xyl croissant avec leur solubilité dans l’eau et dans l’éthanol. Dans le cas du son de blé, les trois fractions présentent des masses moléculaires similaires mais se distinguent par différents degrés de substitution et divers types de substitutions de la chaîne principale de xylanes. L’étude des propriétés physico-chimiques de films formés par ces trois fractions ont permis d’établir une corrélation entre le degré de substitution et leurs propriétés sous forme de films. La morphologie cristalline, la mobilité des chaînes etl’hydratation des films de xylanes sont corrélés avec les taux de substitution des AX. Lorsque le taux d’Ara/Xyl diminue, le film est plus cristallin, la mobilité locale augmente alors que la mobilité globale diminue, la teneur en eau diminue à haute humidité relative (de 67% à 60% à 90%HR), la perméabilité et la diffusivité à l’oxygène diminue. L’étude des trois fractions insolubles dans l’eau isolée à partir de son de blé,de paille de blé et de rafles de maïs a révélé que les propriétés des films sont également affectées par la longueur des chaînes de xylanes et par leur conformation moléculaire ainsi que par la teneur des substituants tels que les acides uroniques. Des nanocharges (nanocristaux de cellulose de linters de coton) sont utilisées(5 ou 10% p/p) pour renforcer les films formés par les fractions d’AX de son de blé. L’incorporation des nanocristaux au sein des films n’a pas provoqué de modification du degré de cristallinité. Par contre, la teneur en eau à haute humidité relative est diminuée. La mobilité locale des chaînes d’AX est réduite indiquant l’existence d’interactions entre les nanocristaux et les AX alors que la mobilité globale des chaînes n’est pas modifiée. L’effet du renforcement semble être plus intense pour la fraction AX la plus substituée par les groupements arabinosyl.