Thèse - Influence des caractéristiques structurales des amidons sur leur comportement dans des applications alimentaires et non alimentaires

Description :
Enjeux socio-économiques
L’amidon, polysaccharide de réserve majeur chez les plantes supérieures et source essentielle d’énergie, est utilisé très largement dans divers secteurs industriels pour ses propriétés nutritionnelles et texturales. Les matrices à base d’amidon sont particulièrement utilisées à la fois dans les domaines alimentaires et non alimentaires pour leurs propriétés fonctionnelles, qui dépendent de leur structure. Quelques exemples d’applications alimentaires sont la confiserie, la boulangerie, les puddings, et l’industrie du papier et le carton pour les applications non alimentaires. L’amidon peut être utilisé à l’état natif ou être modifié chimiquement et physiquement pour accéder à des propriétés spécifiques. La compréhension des mécanismes de modification et des relations structure-propriétés constitue ainsi un enjeu majeur pour concevoir des matrices amylacées à fonctionnalités contrôlées.
La société Tereos, en sa filiale « Starch and Sweeteners Europe », transforme annuellement 3.800.000 tonnes de céréales ; c’est un acteur majeur dans le traitement des produits amylacés. L’entreprise est à la 3ème place européenne, avec 30% du marché en produits amidons natifs et dérivés issus des céréales. Ceux-ci sont transformés en une large gamme de produits tels que des sirops de glucose, polyols, protéines et fibres. Les principaux sites de production d’amidon sont situés en Alsace (Marckolsheim) en France et hors de la France en Belgique, Italie, Espagne et Royaume Uni. Des investissements industriels sont prévus en France pour des modifications d’amidons. Les amidons natifs et modifiés sont exportés en Europe mais aussi vers l’Asie. En raison de la concurrence accrue sur le marché de l’amidon, l’optimisation des procédés d’extraction et de modification des amidons, ainsi que la compréhension de leurs fonctionnalités dans les différentes applications, permettraient à Tereos de renforcer sa position sur ce marché.
L’étude portera sur les amidons de maïs et de blé qui représentent les deux sources les plus importantes pour Tereos.

Enjeux scientifiques
L’amidon est un produit d’origine naturelle, dont la biosynthèse est fortement influencée par le type de semences utilisées, le lieu, la récolte et les conditions météorologiques. Il est donc difficile d’assurer une qualité constante des matières premières amylacées. Par ailleurs, les conditions de modifications de l’amidon influencent largement ses propriétés et ses performances dans les applications spécifiques auxquelles il est destiné.
L’objectif de la thèse sera donc d’établir les relations entre la structure des amidons natifs, les caractéristiques intrinsèques des produits modifiés, et certaines de leurs performances dans des applications spécifiques. Les amidons natifs de maïs et de blé sont destinés à des applications alimentaires et non alimentaires : par exemple, l’amidon de maïs est utilisé en alimentaire pour des applications de type pudding, alors que l’amidon natif de blé, et de maïs/blé modifié, peuvent être utilisés en applications non alimentaires type colles pour carton ondulé, couchage du papier. Le projet de thèse se focalisera donc sur ces applications spécifiques.

La démarche s’articulera en deux phases principales :


- une première phase, dite de « screening », consistera à déterminer les caractéristiques structurales et les propriétés fonctionnelles de différents échantillons d’amidon issus des différentes usines, des extractions en laboratoire et des essais pilote pour modification d’amidon. Les méthodes mises en œuvre comprennent notamment l’analyse enthalpique différentielle, la viscosimétrie, les tests de solubilité/gonflement, la diffraction des rayons X, la relaxométrie par résonance magnétique nucléaire (RMN). Les résultats feront l’objet d’analyses statistiques afin de déterminer les méthodes les plus pertinentes, de discriminer les échantillons, et d’élaborer des hypothèses causales sur leurs différences de comportements. Des échantillons seront sélectionnés pour tester ces hypothèses.


- dans la deuxième phase, les échantillons ainsi sélectionnés seront caractérisés de manière plus précise aux différentes échelles, avec des techniques chromatographiques et de diffusion de la lumière, de RMN du solide, d’imagerie (microscopies), de rhéologie. Enfin, l’effet des différents procédés sera approché via l’étude de milieux modèles applicatifs, notamment pour tester les propriétés de stabilité des matériaux ainsi élaborés (gels, suspensions, dispersions…).

Toutes les méthodes envisagées sont bien maîtrisées dans l’unité ; leur adaptation et leur utilisation conjointe constituent un enjeu pluridisciplinaire, scientifiquement motivant pour la formation d’un(e) docteur(e). Tereos apporte son expertise sur la production et la transformation des amidons ainsi que leurs applications.

Partenariat industriel et académique :
La thèse se déroulera principalement au sein de l’unité Biopolymères Interactions Assemblages (BIA) de l’INRA de Nantes reconnue pour son expertise sur la caractérisation physico-chimique des amidons et biopolymères à différentes échelles structurales. Des séjours seront effectués sur les sites de production de l’entreprise afin de familiariser le doctorant avec les procédés et les applications.

Mots clés : amidon, amidon modifié, structure multi-échelle, structure macromoléculaire, chromatographies, RMN, rhéologie, DSC.

Reference : INRA-Tereos

Date de démarrage : 15 mai 2016

Durée : 3 ans

Contacter :
INRA-BIA
Catherine Garnier
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) Unité de Recherche 1268 : Biopolymères, Interactions & Assemblages (BIA) BP 71627 44316 NANTES Cedex 3 FRANCE
email : catherine.garnier@nantes.inra.fr
Téléphone : 33(0)240675000
Fax : 33(0)240675005
Page web : www.angers-nantes.inra.fr/bia