AMIDON

L'amidon (du latin amylum, non moulu) est un glucide complexe (polysaccharide) composé de chaînes de molécules de D-glucose. Il s'agit d'une molécule de réserve pour les végétaux supérieurs et un constituant essentiel de l'alimentation humaine.

Origine botanique

L'amidon se trouve dans les organes de réserves de nombreuses plantes :

• les graines (en particulier les céréales (maïs, froment) et les légumineuses),
• les racines,
• les tubercules et rhizomes (pomme de terre, patate douce, manioc, etc.) ; dans ce cas il est appelé fécule,
• les fruits (banane, arbre à pain) où l'amidon a pour fonction de stimuler la dispersion des graines (quand il y en a) par des animaux.

Structure de l'amidon

L'amidon est un mélange de deux homopolymères, l'amylose et l'amylopectine composés d'unités D-anhydroglucopyranose (AGU) qui appartiennent à la famille des polysaccharides (ou polyosides) de formule chimique générale (C₆H₁₀O₅)_n. Les unités AGU sont liées entre elles par des liaisons α (1-4), en général caractéristiques des polyosides de réserve (à l'exception de l'inuline) et des liaisons α (1-6) qui sont à l'origine de ramifications dans la structure de la molécule. Ces deux homopolymères, qui diffèrent par leur degré de branchement et leur degré de polymérisation sont :

• l'amylose, légèrement ramifié avec de courtes branches et dont la masse moléculaire peut être comprise entre 10 000 et 1 000 000 Dalton. La molécule est formée de 600 à 1 000 molécules de glucose.
• l'amylopectine ou isoamylose, molécule ramifiée avec de longues branches toutes les 24 à 30 unités glucose par l'intermédiaire des liaisons α (1-6). Sa masse moléculaire peut aller de 1 000 000 à 100 000 000 Dalton, selon les estimations scientifiques et son niveau de branchement est de l'ordre de 5 %. La chaîne totale peut faire entre 10 000 et 100 000 unités glucose.

Le ratio entre l'amylose et l'amylopectine dépend de la source botanique de l'amidon. Parfois, il y a aussi présence de phytoglycogène (entre 0 et 20 % de l'amidon), un analogue de l'amylopectine mais ramifié tous les 10 à 15 résidus glucose.

Biosynthèse

Les plantes produisent l'amidon en convertissant d'abord le glucose-1-phosphate en ADP-glucose grâce à l'enzyme glucose-1-phosphate adenylyltransferase. L'enzyme synthase de l'amidon ajoute ensuite l'ADP-Glucose à une chaîne en croissance d'unités AGU via les liaisons α (1-4), libérant de l'ADP et créant l'amylose. L'enzyme de branchement de l'amidon crée des liaisons α (1-6) entre ces chaînes, créant la molécule d'amylopectine. Plusieurs formes de ces enzymes existent, ce qui rend la biosynthèse de l'amidon extrêmement complexe.

Structure supramoléculaire

Grains d’amidon de pomme de terre

Le grain d'amidon se présente sous forme de granules semi-cristallins : l'amylopectine est organisée en feuillets et forme ainsi la zone cristalline, tandis que l'amylose forme une zone amorphe entre les différents feuillets.

Propriétés chimiques

L'amidon est insoluble dans les solvants aqueux dans des conditions normales de température et de pression. Des traitements acides, basiques ou la sonication permettent toutefois de pallier cela mais sont en réalité destructeurs pour les molécules de l'amidon. Dans le cas des solvants organiques, l'amidon est soluble dans le diméthylsulfoxyde dans des conditions douces; l'ajout de sel (bromure de lithium ou chlorure de lithium) permet d'empêcher la rétrogradation de l'amylose, phénomène durant lequel les molécules d'amylose tendent à se rassembler dans des zones amorphes en suspension.

En suspension dans l'eau, on obtient du lait d'amidon, suspension instable mais qui, chauffée à 60 °C, devient visqueuse et translucide, entamant le processus de gélatinisation de l'amidon qui forme un empois.

Au contact d'une solution iodo-iodurée, un amidon contenant de l'amylose prendra une teinte violette par complexation des ions.

L'amidon ne peut pas réduire la liqueur de Fehling, car sa fonction aldéhyde (R–CHO) réductrice est « masquée » en acétal (RO-CH-RO).

La molécule seule d'amylose s'organise en une hélice droite à six glucoses par tour.

Digestion de l'amidon

Lors de la digestion, les molécules d'amidon se dissocient en chaînes glucanes linéaires, elles-mêmes dissociées en glucoses simples et assimilables par le système digestif. Les amylases, présentes dans la salive ainsi que dans le suc pancréatique, permettent l'hydrolyse de l'amidon en dextrines (dont l'isomaltose), maltose (un diholoside) et glucose (un ose). Par la suite dans l'intestin, deux enzymes, la maltase et l'isomaltase, finissent l'hydrolyse des dextrines et du maltose en glucose.

La digestion est d'autant plus rapide que la proportion d'amylopectine est importante et celle d'amylose faible dans l'amidon digéré. En effet, la formation hélicoïdale de l'amylose ne favorise pas l'accessibilité des enzymes. L'utilisation dans l'industrie agroalimentaire d'amidons à fort taux d'amylose permet ainsi de produire des aliments à faible indice glycémique, qui ne favorisent pas le diabète.

Une molécule de réserve d'énergie

Pour le végétal, l'amidon est une réserve d'énergie chimique et de nutriment, nécessaire pour survivre à la mauvaise saison (sèche ou froide). Il permet de stocker des nutriments glucidiques dans les cellules, sans les dissoudre dans l'eau. En effet, la présence de glucides simples augmente le potentiel osmotique interne des cellules ce qui nécessite une grande quantité d'eau. L'amidon est une forme de réserve de glucides qui permet d'économiser l'eau. Dans les cellules, il se présente sous forme de grains visibles au microscope : les amyloplastes.

Amyloplaste de cellules de pomme de terre (microscopie optique)

L'amidon est également une des ressources caloriques principales pour l'espèce humaine, car il est le constituant principal des céréales (riz, maïs, blé, sorgho, etc.) et de la pomme de terre. Au contraire des glucides simples qui sont faciles à digérer, l'amidon, du fait de sa structure complexe, rend le travail enzymatique plus difficile lors de la digestion: on distingue ainsi les glucides rapides des glucides lents.

À noter que chez les plantes de la famille des Astéracées (anciennement Composées) et chez les animaux, la molécule de réserve n'est pas l'amidon, mais respectivement l'inuline et le glycogène.

Utilisations industrielles

Les débouchés industriels sont essentiellement l'agroalimentaire à travers l'industrie des boissons, confiseries, boulangeries, l'industrie chimique qui l'utilise dans les procédés de fermentation pour la production de bioéthanol, les traitements de surface, la formulation de colles, l'encapsulation de produits pharmaceutiques, les cosmétiques, la papeterie et les matières plastiques biodégradables. L'empois d'amidon était aussi utilisé autrefois, pour l'empesage des vêtements. L'amidon de pomme de terre est également utilisé comme excipient dans divers médications sous forme comprimées.

L'amidon issu de céréales est utilisé pour produire des édulcorants, tels que le sirop d'orge malté, le sirop de maïs, le sirop de riz brun ou encore le sirop de maïs à haute teneur en fructose.

L'amidon, principalement extrait de la pomme de terre, est souvent transformé à des fins industrielles et peut subir différentes modifications :

• Les modifications physiques : précuisson sur cylindre, en extrusion ou en tour d'atomisation.
• Les modifications physico-chimiques : dextrination à haute température et à pH extrêmes.
• Les modifications chimiques : réticulation et substitution.
• Les modifications biologiques : hydrolyse contrôlée par des systèmes enzymatiques.

Par ailleurs, la société BASF a récemment développé une pomme de terre modifiée génétiquement, l'Amflora, riche en amylopectine, pour faciliter l'exploitation industrielle de l'amidon.

Liste des amidons modifiés

Les amidons dits « modifiés » (autorisés ou en cours d'examen de demande d'autorisation en Europe) sont repris par le « Système international de numérotation des additifs alimentaires » (SIN) :

Un amidon dit résistant est « communément défini comme « la somme de l’amidon et des produits de dégradation de l’amidon non absorbés dans l’intestin grêle d’individus sains ». Il comprend quatre types, le type 4 (RS4) regroupant les amidons modifiés chimiquement dont fait partie le PDP. La teneur minimale en fibres alimentaires du NI, estimée par la méthode AOAC1 n°991.43, est de 66 %. » (Avis ANSES, 2011)