Les polysaccarides bactériens : La xanthane
De nombreux micro-organismes synthétisent naturellement des exsudais polysaccharidiques qui restent en surface de la paroi cellulaire ou se répandent dans le milieu sous forme d’un mucilage. On appelle parfois ces sécrétions des «gommes». Ces polymères protègent les micro-organismes des fluctuations du milieu ou de l’attaque de bactériophages ; ils peuvent être en relation avec des phénomènes d’interactions ou encore avec la virulence chez les pathogènes. Certains de ces polymères sont devenus des produits de biotechnologies. Leurs propriétés sont comparables ou supérieures à celles des polysaccharides de plantes. Nous étudierons la xanthane qui a une place de première importance. Nous verrons plus brièvement la gellane et le curdlane.
La xanthane
La xanthane est un exopolysaccharide bactérien : elle constitue une couche de substance diffuse et non organisée sécrétée naturellement à l’extérieur de la paroi de la bactérie Xanthomonas campestris. C’est un biopolymère visqueux. Actuellement, la xanthane utilisée dans l’industrie alimentaire est issue des biotechnologies; cela a l’avantage de permettre une production constante, même si le coût en est élevé.
Origine et fabrication industrielle
Les souches de Xanthomonas sont conservées sous forme lyophilisée. Elles sont remises en suspension, réactivées sur un milieu nutritif contenant des sucres, des substances azotées et des sels minéraux. On les utilise ensuite dans de grands fermenteurs où le milieu est agité. Le pH, l’aération et la température sont étroitement contrôlés. Dans ces conditions, le polymère est excrété dans le milieu lors d’une fermentation aérobie. Quand les substances nutritives sont épuisées, le milieu est stérilisé, le fer- menteur vidé, lavé et séché. Tout le contenu, bactéries et exsudât, est précipité par l’alcool isopropylique, puis essoré. Après lavage et séchage, la xanthane est broyée à la granulométrie désirée. La poudre commercialisée contient donc encore les fantômes des bactéries, mais les tests ont montré qu’ils sont sans aucun danger pour la santé.
Composition chimique de la xanthane
La xanthane est un polysaccharide de masse moléculaire élevée (2,5.-ю6 dal- ton), dont le motif de base comprend cinq oses : sur un squelette constitué d’unités b-D-glucose liées en b (1-4) viennent se greffer des chaînes latérales hydrophiles trisaccharidiques comportant deux D-mannoses et un acide D-guluronique. Le B-D-mannose adjacent à la chaîne principale peut porter un groupement acétyle (COCH3) au niveau du 6e carbone et le mannose terminal peut porter un acide pyruvique.
Les substitutions sont variables selon les souches et les conditions de culture. Le polymère possède toujours un caractère anionique marqué, en raison de l’acide guluronique et de l’acide pyruvique. Dans les produits destinés à l’alimentation, ces fonctions sont neutralisées par des cations (Na+, K+ ou Ca2+). Sous forme sèche comme en solution, les molécules de xanthane adoptent une configuration ordonnée en hélice ou en double hélice avec cinq unités répétées par tour. Les ramifications sont repliées le long de la chaîne, parallèles à l’axe. L’ensemble est stabilisé par des liaisons faibles.
Les propriétés de la xanthane
La xanthane est un épaississant. Sa configuration en double hélice, peu déformable, s’apparente à des bâtonnets rigides qui n’ont aucune tendance à se rapprocher. Elle a un comportement pseudoplastique avec un seuil d’écoulement. Les solutions de xanthane sont pseudogélifiées au repos. Soumises à une agitation, elles s’écoulent dès que ce seuil est dépassé ; le phénomène est immédiatement réversible. L’existence de ce seuil d’écoulement confère à la xanthane de bonnes propriétés suspensoïdes. À concentration égale, les solutions de xanthane sont très visqueuses, comparées à d’autres solutions d’épaississants, comme l’alginate ou le guar.
En présence de sels, les solutions de xanthane sonttrès stables, très peu sensibles aux variations de pH et de température. Enfin, quand la xanthane et la caroube sont associées, elles ont un comportement gélifiant: les doubles hélices de la xanthane permettent le rapprochement des molécules de caroube dans les régions non substituées.
Production et utilisations de la xanthane
La production mondiale de xanthane est en croissance depuis plusieurs années ; elle dépasse les 30 000 tonnes par an. Malgré son prix de revient relativement élevé, elle est utilisée dans de nombreuses applications. Ses utilisations sont majoritaires dans l’industrie alimentaire car elle est compatible avec la plupart des aliments. Sa rondeur en bouche est très appréciée. Elle est employée sous le code E415 à des doses allant de 0,05 à 0,5 % ; on l’utilise rarement seule. Ses propriétés suspensoïdes en font un ingrédient très employé dans les sauces pour salade, les sauces cuisinées, les systèmes foisonnés (mousses, nappages) et les soupes. Elle permet aussi d obtenir une bonne stabilisation des fourrages de biscuits et des pâtes à tartiner aux fruits. Son pouvoir élevé de rétention d’eau la rend utile dans les produits de cuisson céréaliers (cakes), car elle en améliore l’alvéolage, favorise le démoulage et permet une meilleure conservation. Soluble à froid, elle est utilisée dans les préparations instantanées (desserts, sauces). Sa stabilité vis-à-vis des traitements thermiques permet de l’introduire dans les crèmes glacées et dans les plats cuisinés surgelés que l’on peut réchauffer au four à micro-ondes. Elle entre aussi dans la composition des produits destinés à l’alimentation animale (suspension de lait pour veaux) et dans l’industrie cosmétique (crèmes, gels) et pour certains produits d’hygiène (dentifrices). Enfin, la xanthane est utilisée dans l’industrie du bâtiment et des travaux publics, comme agent viscosifiant pour la confection des ciments et des mortiers, dans la formulation des peintures, et dans l’industrie du pétrole, pour son extraction.
Les autres polysaccharides bactériens
La gellane et le curdlane sont, comme la xanthane, des exopolysaccharides excrétés naturellement autour de la paroi de certaines bactéries. Le développement des biotechnologies a permis d’en faire une synthèse industrielle dans des conditions comparables à celles de la xanthane. La gellane provient de Pseudomonas elodea ou de Sph’mgomonas paucimobilis; le curdlane provient de plusieurs espèces d’Agrobacterium et de Rhizobium.
La gellane
C’est un polysaccharide acide, formé de l’enchaînement d’unités répétées d’un tétrasaccharide comprenant deux b-D-glucoses, un acide b-D-glucuronique et un cc-L-mannose. Sous sa forme native, un quart des unités porte un groupe acétyle lié au 6e carbone du b-D-glucose. Comme son nom le laisse entendre, la gellane est un gélifiant, par établissement de liaisons ioniques en présence d’ions mono- ou divalents. La force des gels peut être importante à de très faibles concentrations (de l’ordre de 0,05%). La gellane est un additif texturant commercialisé sous le code E418. Elle est utilisée comme gélifiant, mais aussi comme stabilisant ou agent suspensoïde, car elle est stable dans une large gamme de pH. Comme elle peut être utilisée à faible dose, elle permet de préserver la saveur des aliments. En association avec d’autres agents de texture, on l’emploie en particulier en confiserie, où elle permet d’obtenir une texture proche de celle de la gélatine, avec une gélification plus rapide. On utilise aussi la gellane en microbiologie, où elle peut remplacer les agars, dans les produits d’hygiène (dentifrices, gels déodorants) et en papeterie associée à l’amidon.
Le curdlane
Le curdlane est un polysaccharide neutre; c’est un homopolymère de motifs de b-D-glucose liés en b (1-3) et de masse moléculaire de l’ordre de 74 kDa. Insoluble dans l’eau froide, il est extrait par dissolution alcaline, puis séparé et purifié. Les solutions de curdlane gélifient par formation de zones de jonction localisées le long des chaînes du polymère. La force des gels varie selon la température et le temps de chauffage des solutions. Quand la température est inférieure à 55 °C, des gels mous et thermoréversibles se forment au refroidissement. Quand la solution est chauffée à 100 °C, il se forme des gels très structurés, fermes et thermostables.
L’utilisation du curdlane en industrie alimentaire n’est pas autorisée en Europe. Au Japon, en Corée et à Taïwan, le curdlane est utilisé principalement dans l’industrie alimentaire comme additif texturant des préparations cuisinées à base de poisson ou de viande ou comme ingrédient essentiel dans de nouveaux produits (nouilles, tofu) qu’il rend plus fermes et plus stables à la congélation/décongélation. Enfin, on a démontré que le curdlane sulfaté a des propriétés antithrombiques (empêche la formation de caillots sanguins) et pourrait avoir des applications médicales.
Vidéo : Les polysaccarides bactériens : La xanthane
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