14 ème séance : Histoire de patate (manipulation expérimentale).

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1 14 ème séance : Histoire de patate (manipulation expérimentale). Introduction Comme l indique le titre, cette manipulation est expérimentale, en ce sens qu elle n a pas été testée rien ne dit donc que cela va fonctionner Mais comme «qui n essaye rien, n a rien», nous allons tenter notre chance. Dans un premier temps, nous allons essayer de déterminer qualitativement la quantité d énergie libérée par la combustion des frites. Pour ce faire, nous allons avoir recours à une expérience de calorimétrie (du latin calor : chaleur et du grec μετρον (metron) : mesure) relativement basique. Dans un second temps, nous allons nous intéresser à la patate en tant que telle, en essayant d en déterminer la part relative des différents composés (eau, matière organique et minérale). Principe de calorimétrie Nous allons mesurer l élévation de température d une certaine quantité d eau soumise à la flamme de combustion d un morceau de frite préalablement pesé. Sachant que la définition de la calorie est la suivante : «Une calorie est la quantité d énergie nécessaire à élever la température d un gramme d eau d un degré Celsius», il nous sera assez simple de déterminer combien de calories le morceau de frite pesé a dégagé lors de sa combustion. Sachant ensuite qu une calorie = 4,2 joules, nous pourrons convertir la valeur obtenue en USI. Au final, on peut donc appliquer la formule : Mode opératoire calorimétrie - Peser un morceau de frite d environ 1 g (à 0,01g près). - Peser exactement une canette vide. - Remplir la canette avec 100 ml d eau. Repeser l ensemble pour déterminer exactement la masse d eau en jeu (ΔM). - Mesurer la température initiale de l eau. - Suspendre la boite à un fil, en veillant bien à limiter l espace entre l aliment en feu et la canette afin de limiter les pertes d énergies (3-4 cm). Gillet Steve, D.Sc. -65-

2 - Installer une cheminée de carton, troué dans le bas, autour du montage (attention à ce qu elle ne prenne feu pendant la manipulation). - Allumer la frite. - Agiter l eau de temps en temps et attendre que l aliment soit complètement consumé. - Prendre la température finale de l eau. - Recommencer 4 fois l expérience après avoir rincé la canette (5 mesures au total, 4 avec cheminée et une sans cheminée) Exemple de montage : Résultats et discussion Tableau des résultats : M(frite) M(boite) M(boite+eau) M(eau) T i T f Contenu énergétique Essai (g) (g) (g) (g) ( C) ( C) (kj/g) * Moyenne * Ne pas tenir compte de cet essai (sans cheminée) pour les moyennes. Gillet Steve, D.Sc. -66-

3 - Pourquoi prenons-nous de l eau plutôt qu un autre liquide pour réaliser cette expérience? Prendre un autre liquide aurait-il eut une incidence sur la formule finale? - Pourquoi utilise-t-on une cheminée? A-t-elle une incidence sur la valeur des résultats relevés? - Nous savons que 100 g de frites fournissent environ 254 kcal. Au vu de vos expériences, pouvez-vous justifier vos résultats? - A votre avis, pourquoi les frites sont-elles jugées «mauvaises» pour la santé? - Comme je l ai signalé, la méthode expérimentale utilisée est assez «artisanale». Proposez des améliorations théoriques à celle-ci. - Quel est à votre avis l aliment le plus énergétique? 10 g de frite ou 10 g de chips? Principe de détermination de la part relative de différents composés de la patate Si l on chauffe un fragment de végétal, il se produit d abord un dégagement de vapeur d eau. Si l on continue à chauffer, on assiste à la carbonisation. Pendant cette deuxième étape, les matières organiques faites de carbone, d hydrogène, d oxygène et d azote, principalement, se décomposent partiellement et deviennent du charbon. Si l opération est poursuivie à son terme, le charbon brûle à son tour et l on obtient un résidu de cendres purement minérales. La matière vivante est donc formée d eau, de matières organiques et de matières minérales. Mode opératoire - Peser environ 10 g de patate fraiche et noter la masse exacte (à 0,01 g) =M1. - Peser un creuset vide =M2, puis y déposer la patate coupée en petits morceaux. - Mettre le creuset durant 40 minutes dans l étuve préalablement chauffée à 200 C. - Retirer le creuset avec une pince métallique et le peser avec son contenu déshydraté =M3. - A l aide d un triangle, placer le creuset sur la flamme du bec bunsen pour carboniser l aliment. Noter les observations. - Une fois la combustion terminée, laisser refroidir le creuset une vingtaine de minutes, puis peser le creuset avec son résidu de cendres =M4. Résultats et discussion Remplir le tableau suivant : Gillet Steve, D.Sc. -67-

4 Paramètre Relation Résultats Masse de patate (g) M1 Masse du creuset (g) M2 Masse du creuset + contenu déshydraté (g) M3 Masse du contenu déshydraté (g) M3-M2 Masse d eau (g) M1-(M3-M2) % d eau (%) Masse d eau x 100 / M1 Masse du creuset + cendres (g) M4 Masse des cendres (g) M4-M2 % cendres Masse cendres x 100 / M1 Masse de la substance carbonisée (g) M1 - (masse eau) - (masse cendres) % de substance carbonisée (%) (m. sub. carb.) x 100 / M1 - A quoi correspondent les substances carbonisées? - A quoi correspond le résidu de cendres? - Que pouvez-vous conclure du tableau de résultats? Gillet Steve, D.Sc. -68-

5 15 ème séance : Variations sur le lait (manipulation expérimentale). But Séparer les trois constituants principaux du lait, à savoir les glucides, les lipides et les protéines. Mesurer l acidité du lait. Principe de la séparation Le lait est un système colloïdal constitué de plusieurs phases (Q : quelle est la définition de colloïdal?). La phase «continue» est une solution aqueuse de sucre (lactose), de sels minéraux et de quelques protéines hydrosolubles, vitamines, etc. Les phases «dispersées» sont des globules de graisse (3 5 µm) et des particules (micelles) de protéines (essentiellement de la caséine). La séparation des différents composés se fera en plusieurs étapes. Tout d abord, nous modifierons le milieu en l acidifiant. Ce changement de ph fera précipiter la caséine, protéine très insoluble en milieu acide. Ce mélange qui contient aussi les graisses qui ont précipité, sera alors filtré et il ne restera alors dans le filtrat que des protéines solubles ainsi que les sucres, solubles en milieu acide. On fera alors précipiter les protéines solubles du filtrat en ajoutant de l éthanol pour les séparer des sucres, principalement le lactose, que nous ferons ensuite recristalliser. Les graisses seront extraites du précipité par un mélange éther/acétone, dans lequel elles se dissolvent alors que ce n est pas le cas de la caséine. Une fois les graisses séparées, le solvant sera évaporé. Gillet Steve, D.Sc. -69-

6 Mode opératoire de la séparation A. Séparation de la caséine et des matières grasses. - A l aide d un cylindre gradué, prélever 50 ml de lait que l on transfère dans un bécher de 250 ml. - Placer le bécher dans un bain mari et amener le lait à 50 C. - Ajouter ensuite, en mélangeant, 2 ml d acide acétique à 25 % prélevés à l aide de la pipette graduée. Un précipité de lait caillé se forme. - Placer un entonnoir, muni d un filtre, sur un erlenmeyer de 250 ml et filtrer le lait caillé pour retenir la caséine et la matière grasse. Le filtrat limpide, de couleur jaunâtre contient les protéines solubles en milieu acide (globuline et albumine), les sels minéraux et les glucides (lactose essentiellement). Garder le filtrat pour la partie B. - A l aide d une spatule, transférer le précipité dans le bécher de 250 ml utilisé précédemment. - Ajouter dans le bécher contenant le précipité 15 ml d acétone et 15 ml d éther diéthylique, prélevés à l aide d un même cylindre gradué. Remuer le mélange et laisser décanter. Les graisses se solubilisent tandis que la caséine reste insoluble. - Transférer, soigneusement (sans faire passer la caséine) le mélange de solvants organiques contenant les matières grasses dans une fiole à filtrer (buchner) préalablement pesée et fermer celle-ci avec un bouchon. - Répéter l extraction afin de récupérer un maximum de matière grasse du précipité de caséine. - Transférer un peu de caséine dans une capsule. Verser 2 ml d une solution de sulfate de cuivre, puis ajouter 2 ml de soude. Observer alors la coloration du réactif. Il s agit là d une version simplifiée du test au réactif de Biuret qui permet de mettre en évidence la présence de protéines. (Q : Que vient-on de mettre en évidence?) - Raccorder la tubulure latérale de la fiole à filtrer à la trompe à vide. Chauffer le mélange en passant la fiole sous l eau chaude pour évaporer le solvant. Le résidu huileux obtenu constitue la matière grasse du lait. Peser le buchner + matière grasse et en déduire la masse de cette dernière. (Q : Cela correspond-t-il à la valeur attendue, sachant que le lait entier contient 3,6 % de matière grasse?) B. Séparation des autres protéines et du lactose. - Prélever, à l aide d un cylindre gradué 10 ml du filtrat obtenu plus haut et transférer dans un bécher de 250 ml. Gillet Steve, D.Sc. -70-

7 - Ajouter 30 ml d éthanol prélevés à l aide d un cylindre gradué et chauffer légèrement le bécher au bain-marie jusqu à ce que les protéines présentes dans le filtrat coagulent en petits flocons. - Placer un entonnoir muni d un papier filtre sur un erlenmeyer et filtrer la suspension. - Transférer un peu de précipité dans une capsule. Verser 2 ml d une solution de sulfate de cuivre, puis ajouter 2 ml de soude. Observer alors la coloration du réactif. Il s agit là d une version simplifiée du test au réactif de Biuret qui permet de mettre en évidence la présence de protéines. (Q : Que vient-on de mettre en évidence?) - Réaliser l expérience suivante avec quelques millilitres de filtrat : o Verser, respectivement, 2 ml de filtrat, 2 ml d eau distillée et 2 ml d une solution de chlorure de sodium dans trois tubes à essais. Ajouter quelques gouttes d une solution de nitrate d argent dans chaque tube. (Q : Noter vos observations. Quel ion ce test met-il en évidence?) o Verser, respectivement, 2 ml de filtrat, 2 ml d eau distillée et 2 ml d une solution de chlorure de calcium dans trois tubes à essais. Ajouter quelques gouttes d une solution d oxalate de sodium dans chaque tube. (Q : Noter vos observations. Quel ion ce test met-il en évidence?) - Laisser reposer l erlenmeyer au congélateur pour faire apparaître des cristaux de lactose. Principe de la mesure de l acidité du lait Le lait frais contient très peu d acides et son ph est voisin de la neutralité. Le lactose peut être transformé en acide lactique par les bacilles lactiques. L augmentation de l acidité du lait est donc liée à un développement important de la flore lactique (fermentation lactique) influencé par des mauvaises conditions de conservation. La teneur en acide lactique (donc l acidité totale) d un lait est donc un bon critère de qualité du lait. L acidité titrable du lait peut être exprimée de plusieurs manières : - Simple indication du ph - Utilisation des degrés Dornic ( D). Définition : un degré Dornic correspond à l acidité apportée par la présence de 0,1 g d acide lactique dans un litre de lait. Un lait frais a une acidité comprise entre 15 et 18 D. Le titrage du lait consistera en un simple titrage de l acide lactique (acide faible) par de la soude (base forte), en présence de phénolphtaléine. Mode opératoire - Rincer et remplir une burette avec la solution de NaOH titrée 0,1 M. Gillet Steve, D.Sc. -71-

8 - Prélever 10 ml de lait et transférer dans un erlenmeyer. Rincer immédiatement la pipette pour éviter que le lait ne sèche à l intérieur. - Ajouter 5 gouttes de phénolphtaléine et titrer par la soude jusqu à apparition d une coloration très légèrement rose persistante 30 s. - Faire 1 titrage rapide et 2 titrages précis. - Donner l acidité du lait en ph (calculé à partir du titrage et mesurée avec un papier ph) et en D. Gillet Steve, D.Sc. -72-

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