Comment extraire et identifier un conservateur d’un aliment   ?

Acide benzoïque ou acide sorbique ? Quel est le conservateur contenu dans des gnocchis ?

(Cf. étiquette et la composition donnée par le fabricant)?

Afin de répondre à cette question on met en œuvre un protocole expérimental qui permet d’extraire le conservateur contenu dans des gnocchis puis de l’identifier.

Protocole expérimental mis en œuvre

Questions

Recueillir et exploiter des informations sur les additifs et les conservateurs dans l’industrie agroalimentaire (utiliser les informations de ce document et toute recherche personnelle faisant appel à des sources scientifiques fiables)

Schématiser les différentes étapes de ce mode opératoire. Indiquer les consignes de sécurité à mettre en œuvre durant chaque étape de ce travail expérimental. Expliquer le rôle des étapes 2 à 5 en utilisant les différentes données. Commenter la CCM obtenue. Rédiger une conclusion quant à cette expérience.

Les résultats de la CCM

Étape 1 : Broyer un gnocchi avec 20 mL d’une solution d’hydroxyde de sodium à 0,025 mol/L.Étape 2 : Filtrer sur Büchner et récupérer environ 5 mL de filtrat dans un erlenmeyer.Étape 3 : Ajouter avec précaution quelques gouttes d’une solution d’acide sulfurique (H2SO4) à 1 mol/L. On vérifiera que le pH est inférieur à environ 3 au papier pH.Étape 4 : Placer cette solution dans une ampoule à décanter. Y rajouter 5 mL d’éthoxyéthane. Récupérer la phase organique.Étape 5 :Placer l’éluant (10mL d’éther de pétrole (40-60), 5 mL de propanone, 5 mL d’éthoxyéthane) dans une cuve à chromatographie fermée 15 minutes à l’avance.Sur une plaque de silice sur aluminium, déposer une tache de la phase organique obtenue à l’issue de l’étape 4 ainsi que deux taches de référence (acide sorbique à 1% dans l’éthoxyéthane, acide benzoïque à 1% dans l’éthoxyéthane), à 1 cm du bas de la plaque.Révéler sous lampe UV et entourer les taches.

Données

Acide sorbique : CH3-CH=CH-CH=CH-COOH

Sorbate de potassium Acide lactique Éther diéthylique ou éthoxyéthane

État physiqueà 20 °C

Solide blanc Solide blanc beige

Tfusion (°C) 134,5 °C 270 °C

Solubilité dans l’eau

Modérément soluble à chaud Très faiblement soluble à 20 °C (1,6 g/L) Insoluble à froid.

Soluble dans l’eau Soluble dans l’eau Peu miscible dans l’eau.Moins dense que l’eau.

Solubilité dans des solvants organiques

Soluble dans les alcools, l’acétone, le cyclohexane et l’éther diéthylique (éthoxyéthane)…

Peu soluble à chaud et à froid

Soluble dans les alcoolsPeu soluble dans l’éther diéthylique.

DOMAINES DE PRÉDOMINANCE DE L’ACIDE SORBIQUE ET L’ACIDE LACTIQUE EN FONCTION DU PH

On admettra que pour les couples acide / base (AH/A-) qui caractérisent l’acide sorbique, l’acide benzoïque et l‘acide lactique ; la forme acide est majoritaire (tout l’ion carboxylate correspondant est transformé en acide carboxylique associé) si pH est environ inférieur à 3.

A PROPOS DES SOLUTIONS D’ACIDE SULFURIQUE CONCENTRÉ

La réaction entre l’acide sulfurique et l’eau est très exothermique Lors de l’ajout d’une solution d’acide sulfurique dans une solution aqueuse, il faut toujours ajouter l’acide dans l’eau et non

l’inverse. L’ajout doit se faire très lentement.

ÉTIQUETTES DES DIFFÉRENTES ESPÈCES CHIMIQUES MISES EN JEU

pH

3 7

AHmajoritaire

A-majoritaireLes 2 formes coexistent

A PROPOS DES ADDITIFS ET CONSERVATEURS ALIMENTAIRES

Les additifs alimentaires sont des substances ajoutées intentionnellement aux denrées alimentaires pour remplir certaines fonctions technologiques, par exemple pour colorer, sucrer ou conserverLes conservateurs sont des substances qui prolongent la durée de conservation des aliments en les protégeant des altérations dues aux micro-organismes. La présence d’un conservateur dans les aliments et les boissons est repérée par un code européen (E200 à E297)

L’acide sorbique et ses sels sont utilisés dans l’industrie comme conservateurs alimentaires. On les trouve dans de nombreux aliments tels que les yaourts, confiseries, sodas, fromages, produits de pâtisserie et boulangerie. On trouve également l’acide sorbique à l’état naturel dans des baies immatures du sorbier (Sorbus aucuparia). La DJA* est de 25 mg d’acide sorbique ( ou de sorbate de potassium)/ kg de poids corporel et par jour. L'acide sorbique n'est pas toxique, cependant il faudrait peut-être éviter de l’associer avec des nitrites (E 249 et 250) ou des sulfites (E 220 à 228), car il y a alors création de produits mutagènes!

L’acide benzoïque C6H5COOH et l’ion benzoate sont utilisés dans l’industrie comme conservateurs alimentaires pour leurs propriétés fongicides et antibactériennes. Ils sont présents en particulier dans de nombreuses boissons gazeuses « light ». On trouve également l’acide benzoïque à l’état naturel dans des arbustes du genre Styrax (extrême orient) sous forme d’un baume ou résine appelé Benjoin ou storax

L'acide lactique est produit par les bactéries dans la nourriture fermentée. Tous les produits fermentés sont très riches en acide lactique. L'acide lactique (E270) et les lactates sont utilisés dans l'industrie alimentaire comme additif en tant qu'antioxygène, acidifiant ou exhausteur de goût.

Le bisulfite de sodium ou hydrogénosulfite de sodium (NaHSO3) est utilisé comme additif alimentaire (E222). Très fréquents dans les fruits secs (abricots secs, autorisés jusqu'à 2000 mg/kg), pommes de terre déshydratées, moutardes et yaourts aux fruits.

Le E471 est un additif alimentaire composé de mono- et di-glycérides d'acides gras alimentaires. C’est un émulsifiant et gélifiant, utilisé dans les viennoiseries, desserts laitiers et crèmes glacées.

* DJA : dose journalière admissible qui représente la quantité d'une substance qu'un individu moyen de 60 kg peut théoriquement ingérer quotidiennement, sans risque pour la santé. Elle est habituellement exprimée en mg de substance par kg de poids corporel.

Sitographiehttp://www.inra.fr/la_science_et_vous/apprendre_experimenter/attention_microorganismes/la_conservation_des_aliments_les_techniqueshttp://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_additifs_alimentaireshttp://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_lactiquehttp://www.adrianor.com/adrianor/les%20dossiers%20techniques%20CEAI_fichiers/Les%20acides%201.PDF

Quelques conservateurs

N° CEE NOME 200 Acide sorbique E 201E 202E 203

sorbate de sodiumsorbate de potassium sorbate de calcium

E 210E 211E 212E 213

Acide benzoïqueBenzoate de sodium Benzoate de potassium Benzoate de calcium

Mode opératoire   : Rôle des différentes étapes – Corrigé succinct

Étape 1   : Extraction (solide-liquide) par broyage Broyer un gnocchi avec 20 mL d’une solution d’hydroxyde de sodium à 0,025 mol/L.

Étape 2   : Séparation solide-liquide par filtration sur Büchner Équiper un filtre rapide sur le filtre Büchner, vérifier que la fiole est vide et propre, verser en ne laissant passer que le liquide. Récupérer environ 5 mL du filtrat dans un erlenmeyer de 50 mL.La solution basique contient entre l’ion sorbate et l’ion lactate.

Étape 3   : Réaction acide base Ajouter avec précaution quelques gouttes d’une solution d’H2SO4 à 1 mol/L. On vérifiera que le pH est bien acide au papier pH. L’ion sorbate et l’ion lactate sont transformés en acide sorbique et acide lactique selon la réaction acide / base : A-

(aq) + H3O+(aq) = AH(aq) + H2O

Remarque   : La faible concentration (< 1,6 g/L) de l’acide sorbique présent en solution ne permet pas d’obtenir un précipité !

Étape 4   : Extraction (liquide-liquide) par l’éther diéthylique (éthoxyéthane) Réaliser sous la hotte :

Placer cette solution dans une ampoule à décanter. Y rajouter 5 mL d’éthoxyéthane. Renouveler l’opération et réunir les phases organiques.

L’acide sorbique peu soluble en phase aqueuse et très soluble dans l’éthoxyéthane passe en phase organique alors que l’acide lactique peu soluble dans l’éthoxyéthane reste en phase aqueuse.

Étape 5   : Caractérisation par CCM révélation UV A réaliser sous la hotte

On aura pris soin de mettre l’éluant (10 mL d’éther de pétrole(40-60), 5 mL de propanone(acétone), 5 mL d’éthoxyéthane) dans une cuve à chromatographie fermée 15 minutes à l’avance. Sur une plaque de silice 60 sur aluminium, déposer une tache de l’extrait ainsi que deux taches de référence (acide sorbique à 1% dans l’éthoxyéthane, acide benzoïque à 1% dans l’éthoxyéthane), à 1 cm du bas de la plaque. Vérifiez les taches sous la lampe UV. Mettre la plaque dans la cuve à l’aide de la pince de Brussel. Laisser éluer jusqu’à 2 cm du haut de la plaque. Sortir la plaque, noter immédiatement le haut de l’éluant. Révéler sous lampe UV et entourer les taches. Conclure.Rf acide sorbique = 0,72 Rf acide benzoïque = 0,78

La CCM met en évidence la présence d’une tache de même Rf que l’acide sorbique de référence (dans les mêmes conditions expérimentales : même support fixe, même éluant, même condition de saturations). Par conséquent l’extrait obtenu contient bien de l’acide sorbique et non de l’acide benzoïque.

Conclusion : le conservateur utilisé dans les gnocchis étudiés est bien constitué d’ion sorbate

Indices à éventuellement donner aux élèves pour répondre à la question «   Expliquer le rôle des étapes 2 à 5 en utilisant les différentes données   ».

Indice 1Quels sont les espèces chimiques indiquées par l’étiquette susceptible de réagir avec la soude ?

Indice 2A l’issue de l’étape 2, sous quelle forme trouve t-on l’acide lactique, le sorbate de potassium ?

Indice 3A l’issue de l’étape 2, que récupère t-on dans le filtrat ?

Indice 4A l’issue de l’étape 3, sous quelle forme trouve t-on l’acide lactique, le sorbate de potassium ?

Indice 5Quelle est la solubilité dans l’eau de l’acide sorbique ? de l’acide lactique ?Quelle est la solubilité dans l’éther diéthylique de l’acide sorbique ? de l’acide lactique ?