From rice starch to amylose crystals : alkaline extraction of rice starch, solution properties of amylose and crystal structure of v-amylose inclusion complexes

Abstract

O objetivo principal do presente trabalho foi estudar a extração alcalina do amido brasileiro, o comportamento hidrodinâmico da amilose, um biopolímero extraído do amido, e a cristalização e modelagem molecular dos cristais de V amilose. A eficiência na desproteinização durante a extração alcalina foi avaliada usando o teste de biureto bem como as espectroscopias de UV-Vis e fluorescência. Em paralelo, as alterações morfológicas dos grânulos de amido e sua gelatinização alcalina foram estudadas. A cristalinidade e a ultra-estrutura do amido foram monitoradas a fim de compreender o efeito do álcali na ultra-estrutura dos grânulos. A amilose foi isolada a partir do arroz brasileiro por dissolução e reprecipitação com timol. A amostra isolada foi fracionada por cromatografia de filtração em gel e analisada por espalhamento de luz. Além disso, amilose comercial foi estudada em solução aquosa em diferentes tempos de armazenamento bem como em diferentes forças iônicas. Cristais lamelares de V amilose foram obtidos pela adição de um complexante a soluções metaestáveis diluídas de amilose sintética. A morfologia e a estrutura dos cristais foram estudadas utilizando microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X. Os detalhes da estrutura cristalina do complexo V alfa-naphthol foram investigados por meio de modelagem molecular. O modelo exibindo o melhor fator de acordo, entre os dados experimentais e simulados, foi obtido a partir de uma estrutura tetragonal contendo hélices esquerdas simples com oito resíduos de glicose por volta de hélice. As moléculas de -naftol foram localizadas na estrutura cristalina dentro e entre as hélices.

The main purposes of the present work were to follow the alkaline extraction of a Brazilian rice starch, to study the hydrodynamic behavior of amylose, a biopolymer extracted from starch, and to study the crystallization and molecular modeling of V-amylose crystals. The efficiency of the deproteinization by the alkaline treatment was evaluated using the biuret test as well as UV-vis and fluorescence spectroscopy. In parallel, the morphological changes in starch granules and their alkaline gelatinization were studied. The crystallinity and ultrastructure of starch were monitored in order to understand the effect of alkali on the ultrastructure of starch granules. Amylose was isolated from Brazilian rice starch by dissolution and reprecipitation with thymol. The isolated product was fractionated by gel filtration chromatography and analyzed using light scattering. In addition, commercial amylose was studied in aqueous solutions as a function of storage time and ionic strength. Lamellar crystals of V-amylose were obtained by adding guest molecules to metastable dilute aqueous solutions of synthetic amylose. The morphology and structure of the crystals were studied using transmission electron microscopy as well as electron and X-ray diffraction. The crystal structure of the inclusion complex of V-amylose with -naphthol was investigated in detail using molecular modeling. The model exhibiting the lowest reliability factor was described by a tetragonal lattice of antiparallel 8-fold left-handed single helices. Molecules of alfa-naphthol are included in the crystal lattice, both inside and in-between helices.

Durant ce travail, nous avons étudié l'extraction alcaline de l'amidon de riz brésilien, le comportement hydrodynamique de l'amylose en solution ainsi que la formation et la structure cristalline de complexes d'inclusion d'amylose V. L'efficacité dans la déprotéinisation pendant l'extraction alcaline a été évaluée en utilisant le test de Biuret ainsi que les spectroscopies UV-Vis et de fluorescence. En parallèle, les modifications morphologiques des granules d'amidon et leur gélatinisation alcaline ont été étudiées. L'évolution de la cristallinité a été suivie afin de comprendre l'effet de la soude sur l ultrastructure des grains d'amidon. Des tentatives de séparation et de purification de l'amylose de riz brésilien par précipitation avec le thymol ont été faites. L'échantillon obtenu a été fractionné par chromatographie de filtration sur gel et analysé par diffusion de la lumière. En outre, de l'amylose commerciale a été étudiée en solution aqueuse en fonction du temps de stockage et de la force ionique. Des cristaux lamellaires d'amylose V ont été préparés par addition de complexants à des solutions métastables diluées d'amylose synthétique. La morphologie et la structure des cristaux ont été étudiées par microscopie électronique en transmission et diffraction des électrons et des rayons X. La structure cristalline du complexe de l'amylose V avec l' alfa-naphthol a été étudiée en détail par modélisation moléculaire. Le modèle conduisant au meilleur facteur d'accord est constitué d'un réseau tétragonal de simples hélices gauches d'ordre 8, empilée de manière anti-parallèle. Des molécules d' -naphthol sont incluses dans la maille cristalline, à la fois dans et entre les hélices.