Analyse multifactorielle de la contribution de structure sur l'hydrolyse de l'amidon de blé par l'α-amylase

Multifactorial analysis of the structure contribution on wheat starch hydrolysis by α-amylase

• Auteur / Autrice : Yuzi Wang
• Direction : Luc Saulnier, Jean-Philippe Ral, Kamal Kansou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des aliments
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biopolymères, Interactions, Assemblages BIA (Unité de recherche INRA - Université de Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Eric Leroy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe D' Hulst, Frederick Warren
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gabrielle Potocki-Veronese, Valérie Lullien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multivariée

Amidon de blé

Mots clés libres

Digestion in vitro

Modèle cinétique

Wheat starch

In vitro digestion

Multifactorial analysis

Kinetic model

Résumé

L'un des principaux défis à relever lors de l'étude de l'interaction ''structure-dégradabilité'' de l'amidon natif est de démêler l'interdépendance entre les différents niveaux de structure. Pour relever ce défi, 224 amidons de blé ont été criblés pour leurs caractéristiques structurales et leurs profils de dégradation par l'α-amylase pancréatique de porc. La procédure de dégradation s'est avérée robuste et suffisamment sensible pour cribler une grande collection d'amidons. Une classification hiérarchique sur les composantes principales a été utilisé comme analyse multifactorielle pour explorer la structure des données. Cette approche a mis en évidence les effets combinés de la distribution de la taille des granules et de la distribution des chaines d'amylopectine sur la cinétique de dégradation. Afin de mieux comprendre la relation ''structure-dégradabilité'', mis en évidence dans l’approche de criblage des d’amidons de blé, les propriétés structurales détaillées et la cinétique d'hydrolyse des granules purifiés de quatre amidons de blé ont été analysées. Il s'est avéré que la vitesse d'hydrolyse était principalement affectée par la taille des granules (surface), tandis que la dégradabilité finale dépendait principalement de la composition des granules, comme la distribution des chaines d'amylopectine et la teneur en amylose. Une analyse complémentaire du modèle cinétique de dégradation de l'amidon (différente origines ou traitements) a été réalisée et a révélé que les cinétiques d’hydrolyses dépendent initialement des propriétés de surface des granules, alors qu’ensuite, elles dépendent principalement de la composition inhérente aux granules. Ces résultats fournissent une méthode de criblage innovante et des facteurs de structure à considérer en priorité pour la sélection de l'amidon de blé.

A major challenge faced when studying the “structure-degradability” interaction of native starch is deciphering the interdependency between different structural levels. To tackle this challenge, 224 wheat starches were screened for structural features and degradation profiles by porcine pancreatic α-amylase. The degradation procedure was proved to be robust and sensible enough to screen a large collection of starches. A hierarchical clustering on principal components were used as multifactorial analysis to explore the data structure and highlighted the combined effects of granule size distribution and amylopectin fine structure on degradation kinetics. In order to get a better understanding of the “structure-degradability” relationship, evidenced during the screening approach of wheat starches, detailed structural properties and hydrolysis kinetics of purified starch granules of four wheat starch were analyzed. It was conformed that the hydrolysis rate was showed to be primarily affected by the granule size (surface area), while the final degradability depended mainly on the granule composition such as the amylopectin fine structure and amylose content. A follow-up analysis on the kinetic model of starch (from different botanical origins or subjected to different treatments) was performed and revealed that hydrolysis performances initially depend on the surface property of starch granules, while later on, mainly depend on the inherent granular composition. These findings provide an innovative screening method and structural factors to be primarily considered for wheat starch selection in breeding programs.