Hydrolyses des grains d’amidon

L’hydrolyse acide ménagée des grains d’amidon est très utilisée pour l’étude de leur structure.

Elle s’effectue avec HCl ou H

SO

, détruit préférentiellement les parties amorphes du grain et

permet d’isoler les cristaux (Robin, 1976). L'hydrolyse est réalisée en milieu aqueux avec HCl à

8 % (Lintner, 1886), ou avec H

SO

à 15 % (Nägeli, 1874) à 35 °C durant une trentaine de

jours.

Les cinétiques d’hydrolyse de l’amidon natif présente en deux phases distinctes, l’une rapide

(les 8 – 10 premiers jours) et l’autre lente tendant vers un pallier, reflétant l’action de l’acide sur

deux types de fractions différemment susceptibles à l’hydrolyse acide. La première phase est

associée à la fraction facilement hydrolysable, amorphe, et la seconde à la fraction cristalline.

L’extrapolation au temps zéro de la seconde phase permet d’estimer la fraction facilement

hydrolysable par l’acide, et par déduction la fraction cristalline. Les résidus d'hydrolyse sont

respectivement appelés "lintners" (avec HCl) et dextrines de Nägeli (avec H

SO

).

Après hydrolyse acide ménagée, une fraction solide résistante est recueillie. Ce matériel,

différent selon l'origine botanique de l'amidon, est identifié par diffraction aux rayons X par son

type cristallin ainsi que par chromatographie de perméation sur gel. Ce matériel est comme

constitué de 2 populations de chaînes : une fraction monoramifiée (DP 25) près de l'extrémité

réductrice et une fraction linéaire (DP 15) (Robin et al., 1975 ; Duprat et al., 1980).

III.2.4.2 Hydrolyse enzymatique

Des nombreuses enzymes dégradent l'amidon. Leur classification est établie selon : les liaisons

glycosidiques attaquée α (1→4) et/ou α (1→6), le mode d’attaque interne ou externe de la

chaîne de polymère, et la configuration du polymère après l’attaque où s’il y a conservation

c’est une α-amylase sinon l’invertion est obtenue par une β-amylase (Yamamoto et Shinke,

1995). Les grandes classes d’enzymes sont alors : les α-amylases, les isoamylases, les

pullulanases, les α-glucosidases, les β-amylases, et les amyloglucosidases.

L’isoamylase et la pullulanase sont 2 enzymes déramifiantes, mais dont leurs modes

d’hydrolyse des substrats ramifiés en α (1→6) diffèrent. Les α-glucosidases hydrolysent les

liaisons de type α (1→4) à partir de l’extrémité non-réductrice, libérant de l’α-D-glucose. Les

β-amylases hydrolysent les liaisons de type α (1→4) à partir de leur extrémité non-réductrice en

libérant du β-maltose. Les amyloglucosidases hydrolysent les liaisons α (1→4) et α (1→6).

Les α-amylases sont sécrétées par les glandes salivaires et pancréatiques des mammifères.

Elles sont utiles à la digestion des substrats amylacés en glucose pour une meilleure

assimilation par les muscles et le cerveau. Les α-amylases sont formées de 400 à 800

protéines, et sa structure secondaire est formée d’hélices α et de feuillets β reliés entre eux par

des boucles. Ces éléments forment alors 3 domaines : le domaine central A qui correspond à

l’extrémité N-terminale, le domaine B et le domaine C qui correspond à l’extrémité C-terminale.

Le site actif est situé entre les domaines A et B, le domaine C est impliqué dans la fixation du

substrat. Des sous-sites d’arrimage du substrat ont été découverts, où un ou plusieurs acides

aminés ne fixent qu’un seul motif glucose dont l’affinité reste indépendante.

Les α-amylases hydrolysent spécifiquement, de manière aléatoire et jusqu'au stade

d'oligosaccharides, les liaisons α (1→4) des macromolécules telles que l'amidon, le glycogène

et leurs produits de dégradation. L’α-amylase pancréatique de porc (PPA) est très souvent

étudiée car elle est proche biochimiquement et structurellement de celle de l’homme (Pasero,

1986 ; Brayer et al., 1995). L'hydrolyse se réalise en milieu aqueux à 35 °C à pH7 durant 24

heures.

Le mécanisme d’action de la PPA a été déterminé sur des substrats solubles, en phase

homogène. La PPA hydrolyse selon une répétition de coupures glycosidiques au sein d'un

même polymère linéaire (Mazur, 1984 ; Kandra et al., 1997). La rencontre de l'enzyme avec son

substrat se fait au hasard et toutes les liaisons sont également susceptibles d'être hydrolysées.

Après l'hydrolyse, seul l'un des deux fragments obtenus est relâché, l'autre retenu au sein de

l'enzyme glisse le long du site actif pour y subir une nouvelle hydrolyse. Les produits de la

réaction d’hydrolyse par la PPA dépendent du substrat. Dans le cas de l’amylose, les produits

finaux sont essentiellement du maltose et du maltotriose (Jane et Robyt, 1984 ; MacGregor et

MacGregor, 1985 ; Mazur et Nakatani, 1993 ; Kandra et al., 1997), ayant tendance à inhiber

l’action de l’enzyme (Elödi et al., 1972). Toutefois, aux fortes concentrations en enzyme, le

maltotriose est hydrolysé avec apparition de glucose (Rodriguez et al., 1987). Dans le cas de

l’amylopectine, outre le maltose et le maltotriose, des α-dextrines limites sont libérées. En effet,

les α-amylases étant incapables d'hydrolyser les liaisons α (1→6), elles génèrent autour de ces

points de branchement, des petites molécules ramifiées.

L’hydrolyse en phase hétérogène concerne l’action des enzymes en solution sur des substrats

solides de morphologie et porosité données. La vitesse d’adsorption de l’enzyme sur le substrat

est fortement dépendante de la diffusion au sein du milieu. Ce type d'hydrolyse implique 3

étapes : la diffusion, l'adsorption et la catalyse enzymatique.

Dans le cas de solides non poreux, la diffusion se limite à un déplacement de l’enzyme à

l’interface solide-liquide. Dans le cas de solides poreux, la diffusion de l’enzyme se trouve

ralentie. Pour l’étape d’adsorption, il y a formation d’un complexe enzyme-substrat.

Le taux d’hydrolyse peut être influencé par 3 paramètres : la surface apparente (forme et taille)

du grain, le rapport amylose / amylopectine, et le type cristallin. Les petits grains étant

hydrolysés plus rapidement que les plus gros (Colonna et al., 1988 ; Valetudie et al., 1993),

ainsi que les grains de type B plus cristallin qui soient plus résistants.

Un amidon est considéré comme résistant quand la fraction d’amidon n’est pas digérée dans

l’intestin grêle et se retrouve fermentée dans le colon. Englyst et al. (1992) ont déterminé, in

vitro, que les amidons résistants sont ceux qui demeurent non hydrolysés après 120 min

d’incubation à 37 °C, c’est-à-dire 20 min dans de l’amylase pancréatique puis 100 min dans de

l’amyloglucosidase. Les amidons résistants sont classés en 3 catégories :

RS1 (resistant starch) où l’amidon est physiquement inaccessible (grains et pépins

partiellement broyés),

RS2 où il s’agit de grains d’amidons natifs résistants (pomme de terre et banane crues).

Ils sont essentiellement de type B.

RS3 qui définit les amidons rétrogradés (pomme de terre, pain et corn flakes refroidis)

RS4 est une 4ème catégorie qui a été ajoutée (Seib et Woo, 1998), correspondant aux

amidons modifiés chimiquement.

Les amidons résistants contribuent à la fraction en fibres. Le taux de glucose libéré par les

polymères d’amidon, le niveau de l’amidon résistant, et les propriétés fonctionnelles sont

déterminés par l’état de l’organisation de l’amylose et l’amylopectine dans l’aliment.