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Thème Nourrir l’humanité Chapitre 7. Physique et chimie dans notre assiette De tous temps, l’Homme a été confronté au problème de conservation de ses aliments. En effet, les aliments peuvent s’altérer sous l’action de micro-organismes ou par réaction chimique. - Quels phénomènes sont à l’origine de l’altération de certains aliments ? - Comment ont évolué les techniques de conservation ? - Quels conseils donner au consommateur pour garantir la qualité sanitaire des aliments ? I. L’oxydation des aliments De nombreux aliments achetés dans le commerce ont tendance à s'altérer avec le temps : ils perdent leurs qualités gustatives, olfactives ou changent d'aspect. Ces dégradations sont souvent dues à l'oxydation des aliments. 1. Quels sont les facteurs responsables de cette oxydation ? Activité 1 : la dégradation des aliments : 1) Comment se manifeste la réaction d'oxydation des fruits et des légumes ? Les aspects des fruits ont changé : ils ont noirci et sont devenus plus mous. 2) Quel composé chimique présent dans l'air semble accélérer la dégradation des aliments ? L’oxygène semble accélérer la dégradation des aliments puisque la pomme dans le dioxyde de carbone n’a quasiment pas bougé. légumes uelques ques sont placés dans deux de dioxygène pour le one pour le second. La des morceaux de pomme 24

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Thème Nourrir l’humanité

Chapitre 7. Physique et chimie dans notre assiette

De tous temps, l’Homme a été confronté au problème de conservation de ses aliments. En effet, les aliments peuvent s’altérer sous l’action de micro-organismes ou par réaction chimique.

- Quels phénomènes sont à l’origine de l’altération de certains aliments ?- Comment ont évolué les techniques de conservation ?- Quels conseils donner au consommateur pour garantir la qualité sanitaire des aliments ?

I. L’oxydation des aliments

De nombreux aliments achetés dans le commerce ont tendance à s'altérer avec le temps : ils perdent leurs qualités gustatives, olfactives ou changent d'aspect. Ces dégradations sont souvent dues à l'oxydation des aliments.

1. Quels sont les facteurs responsables de cette oxydation   ?

Activité 1 : la dégradation des aliments :

1) Comment se manifeste la réaction d'oxydation des fruits et des légumes ? Les aspects des fruits ont changé : ils ont noirci et sont devenus plus mous.

2) Quel composé chimique présent dans l'air semble accélérer la dégradation des aliments ?

L’oxygène semble accélérer la dégradation des aliments puisque la pomme dans le dioxyde de carbone n’a quasiment pas bougé.

3) Quel autre facteur semble accélérer l'oxydation des aliments (ici le beurre) ?La lumière semble être un facteur qui accélère l’oxydation des aliments car la partie recouverte par le

papier n’a pas changé de couleur.

Activité 2 : influence de la température sur l'oxydation du lait

Aspect de différents fruits ou légumes fraîchement coupés (a), puis quelques heures

Deux morceaux de pomme identiques sont placés dans deux flacons remplis au préalable, de dioxygène pour le premier et de dioxyde de carbone pour le second. La photographie montre l'aspect des morceaux de pomme 24 heures plus tard.

Une plaquette de beurre, à moitié découverte, a été laissée pendant 24 heures à l'air libre. La dégradation observable au niveau de la couleur sur la partie découverte conduit au rancissement.

Un lait frais ne contient pas d'acide lactique. En vieillissant, le lactose présent dans le lait s'oxyde en acide lactique et l'acidité du lait augmente. Si cette acidité est trop importante, le lait "caille".La température peut-elle favoriser cette réaction d'oxydation ?

Pour répondre à cette question, nous allons faire un dosage.

Principe du dosage :

Résultats du dosage :La concentration massique en acide lactique est proportionnelle au volume VE de soude versé à l'équivalence. Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus d'une part avec une solution de concentration connue en acide lactique, d'autre part avec des solutions contenant les laits conservés à des températures différentes.

1) Calculer la concentration massique d'acide 2) En déduire si la température est un facteur lactique dans chacune des bouteilles de lait et influençant l'oxydation des aliments ? compléter le tableau :

Oui, la température est un facteur influençant l’oxydation des aliments puisque la concentration en acide lactique augmente avec la température.

II. La conservation des aliments

Pour conserver des aliments, on peut recourir à des procédés chimiques ou physiques. Dans la conservation chimique, un agent appelé antioxydant évite l'oxydation des aliments.Dans le procédé physique, on peut associer un changement d'état au procédé de conservation.En quoi consistent ces deux modes de conservation ?

Activité 1 : la conservation des aliments par un procédé chimique :

Dans une solution contenant de l'eau distillée, du lait et un indicateur coloré (la phénolphtaléine), on verse progressivement une solution de soude. Lorsqu'une coloration rose persiste, on a atteint l'équivalence du dosage : tout l'acide lactique du lait a réagi.

Doc 1 : des tranches de citron, d'orange, de kiwi et deux tranches de pomme sont laissées à l'air libre pendant 24 h.

Burette graduée

Lait + phénolphtaléine

Agitateur magnétique

Erlenmeyer

0,83 1,96

Solution blanche avant l’équivalence Solution rose à

l’équivalence

Sans préparation Arrosée de jus

de citron

doc 4 : principaux agents antioxydantsIl existe deux catégories d'antioxygènes :- les antioxygènes naturels (vitamine C ou acide ascorbique et vitamine E)- les antioxygènes de synthèse (dont 13 sont autorisés en France)Un antioxydant se repère par son code allant de E300 à E321.

1) Définir la notion d'antioxydant naturel. Un antioxydant naturel est une substance chimique issue de la nature qui ralentit l’oxydation des aliments.

2) Citer quelques agents antioxydants.On peut citer : le citron, l’alcool, la vitamine C …

Activité 2 : la conservation des aliments par un procédé physique :

Dans le but de préserver la comestibilité, les propriétés gustatives et nutritives des aliments, la conservation par le froid est utilisée.A basse température (entre 0°C et 4°C), l'activité cellulaire des bactéries, les réactions enzymatiques et le développement des microorganismes sont ralentis.La durée de vie des produits frais est donc prolongée (3 à 4 jours) dans un réfrigérateur. Cependant, le froid ne détruit pas les microorganismes.

Les salmonelles, bactéries responsablesd'intoxications alimentaires entraînant desfièvres, des maux de tête, des troubles digestifs, se développent moins vite à basse température.

Citer des aliments "vecteurs" de salmonelles : Les salmonelles peuvent se retrouver dans les aliments, notamment les viandes, le lait, et un œuf dont la coquille est fêlée.

doc 3 : étiquette d'une boisson

doc 2 : une recette de poires au vin

Bilan des activités :

De nombreux aliments s'altèrent rapidement et deviennent impropres à la consommation.Les causes de cette dégradation sont variées :

- oxydation en présence de dioxygène et de lumière (fruit qui noircit, beurre qui rancit) ou par élévation de température (lactose qui s'oxyde en acide lactique)

- développement de bactéries pathogènes (dans les viandes et les poissons), attaque par insectes ou champignons (fruits et légumes)

Pour éviter leur dégradation, les aliments sont placés dans des emballages "sous vide" et opaques. Quand ces précautions ne suffisent pas, on peut recourir à des procédés chimiques ou physiques pour assurer leur conservation.

Un procédé chimique consiste à introduire un agent antioxydant. Cet additif alimentaire peut être d'origine naturelle ou synthétique.

On utilise principalement trois types de procédés physiques :- les techniques de conservation par la chaleur qui détruisent ou inhibent les microorganismes. Il

s'agit de la pasteurisation si le chauffage est inférieur à 100°C et de la stérilisation s'il est supérieur à 100°C.

- les techniques de conservation par le froid qui ralentissent l'activité des microorganismes et prolongent la durée de vie des produits frais.

- la déshydratation qui inhibe l'activité cellulaire donc celle des microorganismes : c'est le cas de la lyophilisation et du salageOn peut citer aussi : la fermentation, la conservation sous vide ou sous atmosphère modifiée…

Remarque : quand un procédé de conservation est mal réalisé (mauvaise mise en conserve, rupture de la chaîne du froid etc.), les conséquences pour la santé sont très graves (salmonellose, listériose, botulisme pouvant entraîner le décès).

Coquille : calcaireBlanc : 87,5% eau12,5% protéines

Jaune :50% eau16% protéines32% de lipides2% autres

III. Les émulsions

De nombreux corps gras (huile, beurre, lait) sont utilisés en cuisine. Ils appartiennent à la famille chimique des lipides. Lorsque les cuisiniers préparent des sauces, ils utilisent des lipides, de l'eau et forment des émulsions.

1. Structure de l’eau et des lipides

La molécule d'eau est une molécule polaire, c'est-à-dire présentant une répartition asymétrique des charges électriques.

Les triglycérides sont des exemples de lipides. Contrairement à l'eau, il n'y a pas de charges partielles sur les atomes : ce sont des molécules apolaires.

Représentation schématique d'un triglycéride sous forme d'un peigne à 3 dents :

L’huile et l’eau ne se mélangent pas : on dit qu’ils sont non miscibles.

2. Rôle des tensioactifs dans la préparation d’une émulsion

Document 1 : le secret de la préparation est dans le jaune de l’œuf (extrait du livre du chef Hervé This, Les Secrets de la Casserole)

Vous prenez un bol où vous versez de l’huile, puis de l’eau : deux phases se séparent, l’eau, plus dense, en-dessous, et l’huile, moins dense, au-dessus. Vous fouettez : quelques gouttes d’eau entrent dans l’huile, quelques gouttes d’eau vont dans l’huile, mais dès que l’agitation cesse, les gouttes d’huile remontent et les gouttes d’eau redescendent. Les deux phases se séparent à nouveau.

Par quel miracle l’eau du jaune d’œuf et l’huile restent-elles mélangées dans la mayonnaise ? En leur ajoutant des molécules « entremetteuses » qui ont une affinité à la fois pour l’huile et pour l’eau. C’est grâce à ces molécules « tensioactives » que l’on obtient la mayonnaise, où la concentration en huile atteint 65 %. Les mayonnaises sont des « émulsions » : les tensioactifs de la moutarde et du jaune d’œuf (telles les lécithines) servent à enrober des gouttelettes d’huile, en mettant à leur contact leur partie hydrophobe, et à disperser ces gouttelettes enrobées dans l’eau, en se liant aux molécules d’eau par leur partie hydrophile.

Document 2 : Document 3 : Composition d’un œuf

Document 4 : quelques définitionsUne émulsion est une suspension d’un liquide dans un autre, avec lequel il n’est pas miscible. C’est un état métastable dans lequel la séparation de phase entre les deux liquides non miscibles n’est pas complète, mais l’un des liquides est dispersé dans l’autre sous la forme de gouttelettes.Les émulsifiants, appelés parfois émulsionnants, stabilisent l'émulsion. Ce sont le plus souvent des tensioactifs ou agents de surface. Le jaune d'œuf sert d'émulsifiant dans la préparation de sauces en cuisine. Cette propriété est due à la lécithine qu'il contient. La lécithine se trouve également dans le soja et est très utilisée dans les préparations industrielles. La caséine est une protéine du lait qui est émulsifiante.

1) Proposer une définition des termes « hydrophile » et « hydrophobe ».

2) De quoi est principalement constituée une mayonnaise ?

Ces constituants sont-ils miscibles entre eux ?

3) Justifier que la mayonnaise est une émulsion :

4) Quel élément, présent dans la recette de la mayonnaise mais pas dans celle de la vinaigrette, permet la stabilisation de l’émulsion de l’huile dans une phase aqueuse ?

5) Une molécule tensioactive peut être schématisée par :

Compléter le schéma ci-dessous en indiquant comment se placent ces molécules tensioactives dans une mayonnaise. En placer une vingtaine

5) Au niveau macroscopique, une émulsion est-elle un mélange hétérogène ou homogène ?

Même question au niveau microscopique?

6) Si maintenant on s’intéresse au cas de la vinaigrette, qu’est ce qui change ? (donnée : le vinaigre est une solution aqueuse…)

La vinaigrette est-elle une émulsion ?

Bilan   :

Un tensioactif est une molécule qui présente une affinité à la fois pour l'huile et pour l'eau.La molécule est constituée d'une longue chaîne carbonée apolaire hydrophobe (qui n'aime pas l'eau) et d'une partie polaire hydrophile (qui aime l'eau).Un tensioactif peut donc se lier à la fois à l'eau et aux lipides. Il permet donc de lier deux phases non miscibles.

Lorsque la concentration en tensioactifs est suffisante, et après agitation, des gouttelettes d'huile enrobées de tensioactif se dispersent dans l'eau. Ces gouttelettes sont appelées micelles.Il y a alors dispersion de la phase lipidique dans la phase aqueuse : on obtient une émulsion.

Capacités exigibles sur ce Chapitre   : - La conservation des aliments permet de reculer la date de péremption tout en préservant leur comestibilité et leurs qualités nutritives et gustatives. - Les techniques de conservation peuvent modifier les qualités gustatives et nutritionnelles des aliments et provoquer parfois des troubles physiologiques chez le consommateur. - Connaître l’effet du dioxygène de l’air et de la lumière sur certains aliments. - Connaître le rôle de la lumière et de la température dans l’oxydation des produits naturels. - Savoir que la conservation des aliments peut se faire par procédé physique et par procédé chimique. - Interpréter le rôle d’une espèce tensioactive dans la stabilisation d’une émulsion.