Avec ou sans sucres?

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1 Avec ou sans sucres?

2 Les sucres n ont pas fini d alimenter le débat! Ces molécules hautement médiatisées livreront leurs secrets suite à des explications scientifiques démontrées en direct lors de notre activité «Avec ou sans sucres?». L atelier consiste en une série d expériences simples et amusantes qui permettront de mieux comprendre l importance de ces composés qui existent dans le monde vivant depuis que la vie a fait son apparition sur la terre. Celles- ci permettront d apporter des réponses à des questions simples, comme : Quelle est l origine des sucres? Qu est- ce qu un sucre lent ou un sucre rapide? Quelles sont leurs propriétés chimiques et comment peut- on les détecter? Lorsqu ils sont digérés par l organisme, comment les utilise- t- il en tant que source d énergie? Tous les sucres sont- ils sucrés? Qu est- ce qu un édulcorant? A quel moment une alimentation en sucre est- elle utile ou bien dangereuse pour la santé? Les aspects chimique, physique et biologique seront intégrés pour une compréhension globale de la question. 2

3 ATELIER 1 : L origine des sucres (la photosynthèse chlorophyllienne) But : Mettre en évidence les rôles des sucres dans les organismes vivants, en particulier chez les végétaux. La photosynthèse, la chlorophylle, les chloroplastes : rôle énergétique ; la paroi cellulaire : structure ; les amyloplastes : réserves. Activité - Dessiner schématiquement les observations réalisées au microscope. - Sur base d un schéma d une cellule végétale, replacer sur celui- ci les éléments suivants : chloroplaste, paroi cellulaire, amyloplaste (ou amidon). Quizz : au départ de l équation générale de la photosynthèse chlorophyllienne, 6 CO H 2 O 1 C 6 H 12 O O 2 Trouver, dans l équation précédente, ce qui correspond aux termes suivants : Oxygène, glucose, dioxyde de carbone, eau, sucre, gaz carbonique Matériel - Elodée correctement hydratée, oignons rouges, préparation microscopique d amyloplastes de pomme de terre - feuilles d élodée éclairées, observation des chloroplastes au microscope - épiderme d oignon rouge, observation des parois des cellules végétales - coupe de pomme de terre, observation de l amidon des amyloplastes - trois microscopes - une boîte de pétri - lames & lamelles (propres) - 1 pince fine - 1 pipette - 1 morceau de papier filtre Manipulation /Protocole - Prélever à l'aide de la pince fine une petite feuille (5mm x 5mm environ) dans le bourgeon terminal. Elle doit être la moins épaisse possible afin qu'il n'y ait qu'une seule couche de cellules. Prélever la fine couche sous- jacente d une feuille d oignon. - Déposer à l'aide de la pipette une goutte d eau au centre de la lame. - Déposer à l'aide de la pince fine la feuille d élodée ou l épiderme d oignon dans cette goutte. - Recouvrir doucement la feuille d une lamelle, en veillant à ne pas laisser de bulles d air. Pour cela, tenir la lamelle par les tranchants afin de ne pas la salir puis la faire descendre délicatement. - Absorber l excès de liquide à l'aide du papier filtre. - Mettre la préparation sous le microscope, effectuer la mise au point puis choisir un endroit pertinent. 3

4 Explications 4

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7 ATELIER 2 : Sucres et aliments (pouvoir sucrant, goût sucré, glucides, édulcorants, sucres cachés) But : découvrir que le goût «sucré» n est pas nécessairement associé à la présence de «glucides» et inversement que la présence de glucides ne donne pas nécessairement le goût «sucré» pour différencier les notions du goût sucré et du pouvoir sucrant. Activité - Classer différents aliments en fonction de leur contenu en glucides. - Déterminer le pouvoir sucrant d une solution. Explications Qu est- ce que le goût? Le goût est le sens qui permet d'identifier les substances chimiques par l'intermédiaire de récepteurs du goût situés sur la langue. La perception du goût est intimement liée à l'odorat et le terme «goût» englobe ces deux sens dans le langage courant. On distingue 4 goûts principaux : sucré comme le saccharose (sucre) salé comme le sel de table amer comme le pamplemousse acide comme le citron Le goût sucré est inné chez l homme. Qu est- ce qu un glucide? Les glucides constituent l un des trois macronutriments de notre alimentation (avec les lipides et les protéines). Ils existent sous différentes formes et sont généralement présents dans les aliments riches en amidon comme le pain, les pâtes et le riz, ainsi que dans certaines boissons, dont les jus de fruits et les boissons contenant du sucre ajouté. Les glucides représentent la source d énergie la plus importante de notre organisme et forment un élément essentiel d un régime alimentaire varié et équilibré. Quelle est la composition des glucides? Les composants de base de tous les glucides sont les sucres simples. Le glucose, le fructose, et le galactose sont des exemples classiques de sucres simples. Les sucres doubles sont appelés les disaccharides. Le saccharose (sucre de table) et le lactose (sucre de lait) en sont les représentants les plus connus. On trouve le glucose et le fructose dans les fruits, les baies, les légumes, le miel.on trouve le sucre de table (ou saccharose) dans la betterave sucrière, le sucre de canne et les fruits. Le lactose constitue le sucre principal du lait et des produits laitiers. Certains de ces sucres simples ont naturellement un goût sucré il s agit du glucose, fructose et saccharose. Par contre, le lactose n a pas de goût sucré. 7

8 A côté des mono et disaccharides, il y a les polysaccharides. Dans ce cas, plus de 10 à parfois plusieurs milliers de molécules de sucres sont nécessaires pour construire des polysaccharides. L amidon est la principale forme de réserve d énergie chez les végétaux. Il comprend de longues chaînes de glucose. La cellulose est le composant essentiel des parois cellulaires végétales et consiste en plusieurs milliers de molécules de glucose. Dans ce cas, on parle de sucres complexes ou de glucides complexes, ils n ont pas de goût sucré mais font quand même partie de la famille des glucides. Certains glucides ont un goût sucré d autres non. Qu est- ce que le pouvoir sucrant? Le pouvoir sucrant (PS), représente la valeur sucrante d un composé par rapport à un autre, par exemple entre une solution contenant du saccharose et une autre contenant un édulcorant ou encore entre des solutions d un même composé mais présent à des concentrations différentes par exemple des solutions de concentrations en saccharose différentes (voir activité 2). Un édulcorant est une substance chimique ayant un goût sucré mais ce n est pas un glucide. Certains édulcorants n'apportent pas de calories, d'autres moins que le sucre de table (saccharose), d'autres ont l avantage de ne pas être cariogènes et certains sont plus sucrés que le sucre. Les édulcorants ont un goût sucré mais ne font pas partie de la famille des glucides. Plus la concentration c est à dire la quantité de sucres simples ou d édulcorants est importante dans une solution, plus le goût sucré sera important. Manipulation/protocole/matériel Les activités peuvent se jouer par 2 équipes, la plus rapide a gagné! Activité 1 : classer différents aliments ou boissons en 2 familles : contient des glucides ou ne contient pas de glucides Matériel : jus orange, lait, coca normal, coca light, pâtes ou pain + gobelets en plastique pour la dégustation Protocole : goûter (bien mâcher si aliment) les différents ingrédients et les classer en 2 familles : contient ou ne contient pas de glucides Activité 2 : classer 4 solutions de saccharose par ordre de goût sucré croissant Matériel : 4 bouteilles d eau - > N 1 : 1 c. à c. de sucre de table, N 2 : 4 c. à c. de sucre de table, N 3 : 6 c. à c. de sucre de table, N 4 : 10 c. à c. de sucre de table + gobelets en plastique pour la dégustation. Attention de bien différencier les 4 solutions (4 couleurs différentes sur gobelet par exemple) Protocole : goûter les différentes solutions et les classer par ordre de goût sucré croissant 8

9 ATELIER 3 : La détection des sucres But : Mettre en évidence la présence de sucre par des méthodes chimiques et physiques. Activité - Mesurer le taux de sucre dans des boissons à l aide d un réfractomètre à main. - Observer des réactions chimiques qui mettent en évidence la présence de sucres. Matériel Mise en évidence physique par réfractométrie - Un réfractomètre à main avec échelle Brix indiquant le pourcentage de sucre (en g/100g) - Quelques boissons sucrées et non sucrées (cola light, normal, life, jus de fruit, frais, et eau distillée) Mise en évidence chimique - Berlins, tubes à essai, plaque chauffante (et/ou bec bunsen, trépied, toile métallique). - Quelques échantillons alimentaires (par exemple coca light, coca, jus d orange, coca life, eau désionisée, eau sucrée contenant du glucose à différentes concentrations, pomme, pomme de terre, pâtes, ). - Quelques réactifs (Lugol, Fehling, ) et une série de tubes à essai de coloration orangée de plus en plus intense en fonction de la concentration en glucose qui aura réagi avec le DNS. Explications Principe du réfractomètre La lumière ne se déplace pas à la même vitesse dans tous les milieux transparents. Ce changement de vitesse lors du passage d un milieu à un autre provoque une modification de la direction de propagation de la lumière. La lumière est donc déviée, on dit qu elle est réfractée. Ce phénomène de réfraction s observe facilement. En voici une illustration : le pinceau dans le verre d eau ci- contre semble cassé, car la partie du pinceau en dehors de l eau ne coïncide pas avec celle qui se trouve dans l eau. En effet, notre cerveau interprète cette image sur base de rayons lumineux se déplaçant en ligne droite. Mais ce n est pas le cas ici puisqu il y a changement de milieu. La grandeur qui caractérise le changement de vitesse et donc de direction est l indice de réfraction n=c/v, c (la célérité égale à m/s) étant la vitesse de propagation de la lumière dans le vide ou l air et v sa vitesse dans le milieu considéré (inférieure à c) (voir illustration). L indice de réfraction d une solution est proportionnel à la concentration en soluté de cette solution. La déviation des rayons lumineux sera d autant plus grande que la concentration en soluté sera élevée. Le réfractomètre à main ci- contre se base sur cette relation pour déterminer (entre autres) le taux de sucre présent dans un liquide, considérant que c est le seul soluté présent dans le solvant. 9

10 Les rayons lumineux vont traverser la solution sucrée, puis le prisme sur lequel elle repose pour ensuite, après ces déviations, éclairer une échelle Brix graduée. C est sur celle- ci que l on pourra lire la concentration en sucre en g/100g en regardant à travers l oculaire de la lunette d observation. Réaction au Lugol Le Lugol est une solution contenant de l iode et du iodure de potassium (20 g KI dans 1 L d eau + 10 g d iode, bien mélanger et diluer 10 x au moment de l emploi) à conserver dans un flacon brun. Les polysaccharides adsorbent l iode différemment selon leur taille et donnent naissance à des complexes colorés. Le résultat attendu est une coloration bleu violet allant jusqu au noir en présence d amidon, brune pour les dextrines et brun acajou pour le glycogène. Réaction avec le DNS Lorsqu on chauffe un mélange d une solution de glucose et d une solution d acide 3,5- dinitrosalycilique (DNS), celui- ci prend une coloration orange. La couleur sera plus ou moins nuancée en fonction de la concentration en glucose de la solution testée (l échelle de concentration en glucose varie de 0,2 g/l à 2 g/l ). Réaction de Fehling La solution de Fehling (A : 40 g CuSO 4.5H 2 O dans un litre d eau + B : 160 g de tartrate sodico- potassique avec 130 g de NaOH dans 1 litre d eau) met en évidence les produits réducteurs et notamment certains glucides (glucose, maltose, lactose, fructose). En effet, la solution d hydroxyde cuivrique est réduite à chaud par le glucide réducteur avec formation d un précipité de Cu 2 O de couleur rouge brique, parfois orange. Equation de réaction : R- CHO + 2Cu 2+ (aq) + 5HO - (aq) RCOO - + Cu 2 O (s) + 3H 2 O 10

11 Manipulation/protocole Activité 1 : Mesure du taux de sucre dans les liquides Etalonnage du réfractomètre : Placer quelques gouttes d eau distillée sur le prisme du réfractomètre, le refermer et regarder à travers l oculaire en le pointant vers une source de lumière. On observe une démarcation zone sombre/zone éclairée au niveau d une échelle graduée. Vérifier que la concentration indiquée est bien égale à 0%. Dans le cas contraire, réaliser le réglage du zéro à l aide de la vis d étalonnage. Mesure du taux de sucre d un liquide : Placer quelques gouttes du liquide dont on veut déterminer la concentration en sucre sur la vitre du réfractomètre, le refermer et pointer vers une source de lumière. Relever la mesure du taux de sucre donné par cette graduation. Liquides à tester : eau, coca normal, coca light, jus d orange, différentes solutions d eau sucrée de l atelier 2 Activité 2 : Mise en évidence de la présence de sucres dans les liquides et solides Placer quelques gouttes du réactif sur l échantillon alimentaire (qui se trouve dans un tube à essai ou tel quel), mettre dans l eau bouillante ou chauffer si nécessaire. On observe un changement de couleur ou l apparition d une couleur (ou d un solide coloré). Liquides et solides à tester : coca light, coca, jus d orange, coca life, eau, eau sucrée contenant du glucose, pomme, pomme de terre, pâtes, ). 11

12 ATELIER 4 : Digestion des sucres, rôles des sucres chez l homme But : comprendre la digestion et le rôle principal des glucides chez l homme. Activité - Reconnaître et positionner correctement les organes du système digestif. - Relier chaque organe à sa fonction de manière à comprendre la digestion des sucres. - Prendre conscience des rôles positifs et potentiellement négatifs des sucres. Matériel - dessin ou schéma d un homme - dessins ou schémas des organes digestifs et glandes annexes (langue, dents, œsophage, glandes salivaires, estomac, intestin grêle, gros intestin, rectum, vésicule biliaire, pancréas, foie) + muscles, cerveau, vaisseau sanguin - bulles reprenant les rôles des différents organes (voir fiche atelier 4 élèves) - bulles reprenant quelques rôles positifs des sucres et négatifs (voir feuille suivante) - pâte adhésive ou papier collant double face - papier adhésif pour protection C EST ICI QUE SE TROUVENT LES RESERVES DE GLUCOSE SOUS FORME DE GLYCOGENE CERVEAU JE CONSOMME ENVIRON 120 GRAMMES DE GLUCOSE PAR JOUR POUR BIEN FONCTIONNER J AI BESOIN DE GLUCOSE POUR POUVOIR ME CONTRACTER MUSCLE TROP DE SUCRES CARIES TROP DE SUCRES DIABETE TROP DE SUCRES OBESITE 12

13 Correction de l activité Relie chaque action à l organe dans laquelle elle se déroule 1 dents 2 estomac 3 gros intestin 4 intestin grêle 5 rectum 6 langue 7 vésicule biliaire 8 œsophage 9 langue 10 glandes salivaires 11 vaisseau sanguin 12 pancréas Cite 2 rôles positifs des sucres 1) Le cerveau, comme les muscles, ont besoin de glucose pour bien fonctionner. 2) L homme a une réserve de glucose dans le foie, qui permet de fournir du glucose aux organes qui en ont besoin, à tout moment. Explications _ 13

14 Fonctionnement de l appareil digestif Les aliments que nous mangeons sont digérés, c est- à- dire transformés en éléments plus simples : les nutriments que notre corps pourra utiliser. 1. La bouche : a. Les dents : Les incisives : elles agissent comme des couteaux ; elles coupent et détachent les aliments. Elles sont effilées comme des lames. Les canines : longues et pointues, elles déchirent et lacèrent les aliments durs. Les prémolaires et les molaires : elles broient et mastiquent des aliments comme les légumes et le pain. b. Les glandes salivaires : elles sécrètent de la salive qui enveloppe les aliments broyés pour les lubrifier et former le «bol alimentaire». La salive contient deux enzymes importantes : l amylase qui transforme l amidon en sucre et la mucine qui assure la lubrification grâce au mucus qu elle sécrète. c. La langue : elle déplace les aliments à l intérieur de la bouche et les pousse ensuite vers le pharynx au moment de la déglutition. Elle nous permet aussi de goûter les aliments et de découvrir les 4 saveurs (salé, sucré, acide et amer) grâce à ses papilles gustatives. 2. Le pharynx : il est le carrefour entre les voies respiratoires et digestives, la jonction entre la bouche et l œsophage dans ce dernier cas. 3. L œsophage : il conduit les aliments vers l estomac par les mouvements de contraction et relâchement spontanés descendants des muscles de sa paroi interne. Ce phénomène est appelé «mouvement péristaltique». La paroi sécrète une substance visqueuse qui la rend glissante et favorise le passage du bol alimentaire. 4. L estomac : c est une sorte de sac dont le volume est de 1.2 l. Les aliments y pénètrent par un orifice toujours ouvert appelé «cardia» et en sortent par un autre, le «pylore». Celui- ci est fermé par un sphincter et ne s ouvre que pour laisser passer le chyme. Les parois de l estomac se contractent pour laisser passer la nourriture, favorisant ainsi l action des sucs gastriques. Lors de ce processus, les aliments se transforment en une «matière» appelée chyme et prête pour passer dans l intestin. Il sécrète de la pepsine (digestion des protéines), du lipase (digestion des lipides) et de l acide chlorhydrique. 5. Le foie : il sécrète la bile, substance déversée dans le duodénum lors de la digestion. Son rôle est d émulsionner les graisses. Il stocke aussi les réserves de glucose sous forme de glycogène. 6. La vésicule biliaire : elle stocke la bile produite par le foie. 7. Le pancréas : il se situe entre l estomac et le duodénum. C est une glande qui sécrète le suc pancréatique. Ce dernier contient trois enzymes : l amylase (qui transforme l amidon en sucre simple), la lipase (qui décompose les graisses) et la trypsine (qui décompose les protéines). Il secrète aussi l insuline (qui permet l entrée du glucose dans les cellules). 8. L intestin grêle : il mesure de 6 à 8 m de long ; son diamètre est de 3 cm. Il se divise en trois parties : le duodénum, le jéjunum et l iléon. Le jéjunum comporte les villosités intestinales ainsi que des glandes et cellules qui sécrètent des mucus et du suc intestinal. L iléon empêche les aliments de remonter vers la bouche. L action de ces sucs transforme le chyme en chyle, riche en substances nutritives qui seront absorbées par les villosités des parois intestinales. 9. Le duodénum : il constitue les vingt- cinq premiers centimètres de l intestin grêle où se 14

15 déroule la plus grande partie de la digestion. Il reçoit les aliments à imprégner des sécrétions du foie et du pancréas. 10. L appendice : il a un rôle de défense immunitaire. 11. Le gros intestin ou côlon : les substances non digérées continuent leur chemin dans le gros intestin. Celui- ci contient la flore bactérienne qui se nourrit d une partie de ces dernières substances. Le reste constituera les selles. Il absorbe de l eau et des sels minéraux. 12. Le rectum : il expulse un grand nombre de bactéries et les selles vers son orifice appelé «anus», lors de l acte de défécation. Il a pour rôle aussi d accumuler les selles. Etapes dans la digestion des sucres (glucides) Polysaccharides (ex: amidon) Disaccharides Amylase salivaire Amylase pancréatique Maltase Lactase Sucrase Monosaccharides L alimentation est principalement composée de polysaccharides (amidon, cellulose,...) et de disaccharides (saccharose, lactose). Seuls les monosaccharides (glucose, fructose, galactose) peuvent être absorbés par les entérocytes (intestin grêle) ce qui implique une digestion complète. 15

16 documentaire- en- sciences/la- transformation- de- l- amidon- au- cours- de- la- digestion- 3sac0301 Rôles des glucides Le métabolisme des glucides a pour principale fonction d assurer l homéostasie glucidique. L homéostasie glucidique est un processus physiologique vital qui permet le maintien d un taux de glucose sanguin (ou glycémie) stable, assurant ainsi un apport constant de glucose aux organes, moyennant un apport adéquat de glucides alimentaires et la possibilité de stocker du glucose sous forme de glycogène. Le glucose est utilisé par les cellules à des fins énergétiques. La glycémie d un adulte sain varie de 0,7 à 1,1 g/l à jeun et reste inférieure à 1,4 g/l en période postprandiale. Dans les conditions physiologiques normales, l homéostasie glucidi- que est maintenue afin de prévenir les effets néfastes d un apport discontinu en glucose aux organes strictement gluco- dépendants (cerveau, éléments figurés du sang, rein). Le métabolisme des glucides met en jeu différentes voies métaboliques qui permettent soit d utiliser le glucose sanguin d origine alimentaire lorsqu il est abondant ou de le stocker sous forme de réserves de glycogène dans le foie et les muscles, soit, au contraire, à distance des apports alimentaires, de produire du glucose à partir des réserves de glycogène. 16

17 Le diabète Le diabète est une maladie chronique qui apparaît lorsque le pancréas ne produit pas suffisamment d insuline ou que l organisme n utilise pas correctement l insuline qu il produit. Un diabète est avéré lorsque la glycémie à jeun est égale ou supérieure à 1.26 g/l, à deux reprises ou égale ou supérieure à 2 g/l à n importe quel moment de la journée. L insuline est une hormone qui régule la concentration de glucose dans le sang. L hyperglycémie, ou concentration sanguine élevée de glucose, est un effet fréquent du dia- bète non contrôlé qui conduit avec le temps à des atteintes graves de nombreux systèmes organiques et plus particulièrement des nerfs et des vaisseaux sanguins, du rein et de la rétine. Le diabète de type 1 (précédemment connu sous le nom de diabète insulino- dépendant) est caractérisé par une production insuffisante d insuline et exige une administration quotidienne de cette hormone. Le diabète de type 2 (précédemment appelé diabète non insulino- dépendant) résulte d une mauvaise utilisation de l insuline par l organisme. Il représente 90% des diabètes rencontrés dans le monde et est en grande partie le résultat d une surcharge pondérale et de la sédentarité. Les caries dentaires Trois grandes causes participent au développement d'une carie : - l'état général de la personne, son âge, son sexe - l'environnement de la dent - le régime alimentaire, s'il est riche en sucres notamment La carie est provoquée par l'action des bactéries de la plaque dentaire qui transforment les sucres en acides. Ceux- ci vont favoriser la dissolution de l'émail de la dent en diminuant le ph environnant, permettant ainsi aux bactéries de progresser vers la profondeur de la dent. L obésité Selon l Organisation mondiale de la Santé (OMS), l obésité se caractérise par «une accumulation anormale ou excessive de graisse corporelle qui peut nuire à la santé». À la base, l obésité résulte d une consommation trop grande de calories relativement à la dépense d énergie, durant plusieurs années. Les causes sont multiples (quelques exemples) : alimentation riche en graisses, en sel et en sucres mode de vie sédentaire et stressant milieu de vie peu propice à du transport actif (marche, vélo) Les conséquences sont nombreuses sur la santé (quelques exemples) : diabète de type 2 hypertension maladies cardiovasculaires 17

18 QUIZZ / Correction 1. Les sucres simples ont toujours un goût sucré. F 2. Tous les êtres vivants peuvent fabriquer des sucres. F 3. On peut déterminer une très faible quantité en sucres dans une solution. V 4. C est l estomac qui contient la réserve de glucose. F 5. Les édulcorants ont un pouvoir sucrant élevé et sont des glucides particuliers. F 6. Tous les sucres réagissent de la même manière vis- à- vis d un test. F 7. Les plantes fabriquent les sucres à partir de lumière, d eau et de CO 2. V 8. Le goût sucré peut être donné par des substances chimiques qui ne sont pas des sucres. V 9. Le diabète se caractérise par une concentration en glucose trop élevée dans le sang. V 10. Les pâtes ou le riz contiennent des glucides complexes appelés polysaccharides. V 11. Le cerveau est un grand consommateur de glucose. V 12. Certains sucres servent à autre chose qu à donner de l énergie. V 13. L indice de réfraction d une boisson sucrée est inférieur à celui de l eau. F 14. Ce sont les sucres complexes (amidon) qui sont réabsorbés au niveau de l intestin grêle. F 15. Digérer, c est transformer les aliments en éléments plus simples grâce à des enzymes. V 18