1.5. DYNAMIQUE MOLECULAIRE DES SUCRES EN SOLUTION
AQUEUS
Toutes ces théories sont principalement basées
sur les propriétés tout à fait uniques de l'eau et des
sucres. Et derrière ces changements de viscosité, de
déstructuration du réseau tétraédrique de l'eau et
de vitrification se cache des questions fondamentales sur la dynamique des
molécules et donc sur les
* A titre de comparaison, la viscosité de l'eau à
20°C est de 1mPa.s.
interactions solvant-soluté. Un certains nombres de
travaux théoriques et expérimentaux réalisés sur
des systèmes binaires (soluté-solvant), voire plus
récemment ternaires (soluté-solvant-protéine), sont
disponibles dans la littérature .40 Nous nous limiterons ici
aux mélanges binaires eau-sucre.
1.5.1. Dynamique d'un disaccharide:
l'-tréhalose.
Affouard et al. 62, Branca et al.63,64,
Ekdawi et al.65, Faraone et al.66, Köper et
al.67 et Magazù et al.68,69,70 ont étudié
expérimentalement la dynamique de l'-tréhalose et de l'eau en
fonction de la concentration en sucre et de la température. Grâce
à l'apport de la résonance magnétique nucléaire
(RMN) et à la diffusion neutronique, il leur a été
possible de découpler les dynamiques des molécules de solvant de
celles du soluté avec des échelles temporelles
complémentaires. Ainsi, la dynamique des molécules d'eau s'est
avérée être fortement affectée par la
présence du disaccharide. A titre d'exemple, le coefficient de diffusion
translationnelle des molécules d'eau diminue d'un facteur 30, pour des
concentrations en sucre allant de 0wt.%* à 7 1
wt.%.65 (Figure 9)
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
Dynamique de l'eau Dynamique du tréhalose
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Concentration en tréhalose (wt.%)
Figure 9: Mesures RMN à 300K du coefficient de diffusion
translationnelle de l'eau (triangles) et du tréhalose (cercles) dans une
solution de tréhalose en fonction de la concentration.65
La dynamique des molécules d'eau en milieu dilué
diminue de manière faible mais régulière, puis le
ralentissement s'accélère au-delà des 40wt.% comme en
témoigne le changement de pente. Une rupture marquée dans la
dynamique moléculaire est notable vers 30-40wt.%. Cette forte diminution
de la dynamique est à rapprocher de l'augmentation importante de
viscosité observée lorsque la concentration en sucre
croît.71,72 Sachant que la viscosité est directement
liée aux interactions intermoléculaires, si la viscosité
augmente, alors les interactions eau-eau, eau-sucre et sucre-sucre sont plus
nombreuses et plus prononcées. Le tréhalose, à la
différence des autres disaccharides, présente
*L'abbréviation wt.% fait
référence aux pourcentages massique en sucre. Il se calcule selon
la formule suivante:
wt .% msucre .
msucre meau
une mobilité réduite à cause de sa plus
grande hydratation. Ainsi à 80wt.%, l'eau diffuse deux fois plus vite
dans une solution de sucrose que dans une solution de
tréhalose.65,73,74
Pour ce qui est du soluté, un net ralentissement de sa
dynamique est observé. Là où la dynamique de l'eau est
divisée par 30, la dynamique des molécules de tréhalose
est elle divisée par 300 pour des concentrations allant de 16wt.%
à 71wt.%.65 (Figure 9) Une nouvelle fois, une cassure dans la
dynamique est observée pour les mêmes raisons que celles
invoquées précédemment (viscosité, interactions,
...).
| 
