Expérience : En présence de glucides simples (sucres réducteurs) et à chaud la liqueur de Fehling forme un précipité rouge brique :

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1 MODIFICATIONS PHYSICOCHIMIQUES DES CONSTITUANTS ALIMENTAIRES I) LES GLUCIDES 1) Rappels Les glucides sont constitués d atomes de carbone, d hydrogène et d oxygène ; leur formule brute s écrit : Cn(H2O)n D où leur nom d hydrate de carbone. Il existe 2 grandes familles de glucides : - les glucides simples (ou sucres) comprenant les monoholosides (glucose, fructose, galactose ) et les diholosides (saccharose ). - Les glucides complexes ou polyholosides a) Les glucides simples Les monoholosides sont formés de 3 à 7 ato mes de carbone. Les plus répandus dans l alimentation sont les hexoses (6 atomes de carbone) Exemple : la molécule de glucose : Propriétés de ces molécules : - les fonctions «OH» (groupement hydroxyle) portées par 5 des atomes de carbone sont très hydrophiles, ce qui permet à la molécule d être facilement solubilisée dans l eau. - La fonction «C=O» est dite «réductrice» (le contraire de «oxydant») ce qui permet de mettre facilement la présence de glucides simples en évidence. Expérience : En présence de glucides simples (sucres réducteurs) et à chaud la liqueur de Fehling forme un précipité rouge brique : 1

2 Autres glucides simples Le fructose Le galactose Les diholosides Ils proviennent de l association de deux molécules de glucides simples accompagnée de la perte d une molécule d eau (on parle de condensation) : Exemple Glucose + Fructose donne Saccharose + eau C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O O / \ H H Propriété : Le saccharose n est pas réducteur, il ne vire pas au rouge en présence de liqueur de Fehling. Autres diholosides : Le lactose : glucose + galactose (dans le lait) Le Maltose : glucose + glucose (n existe pas à l état brut dans les aliments) b) Les glucides complexes (ou polyholosides) Ils résultent de la condensation d un grand nombre de molécules de monoholosides. Exemple Le plus utilisé par notre organisme est l amidon ; il est constitué d un grand nombre de molécules de glucose. On distingue 2 types de constituants : L amylose : les glucoses sont reliés par les carbone 1 et 4 2

3 L amylopectine : des chaînes se ramifiant sur le carbone 6 Expérience : L amidon est mis facilement en évidence : au contact d eau iodée, il donne une couleur bleu foncée : Pomme de terre sur laquelle a été versée de l eau iodée : Autre polyholosides Le glycogène : glucide de réserve animal ; structure analogue à l amidon La cellulose : condensation d un grand type de molécule de glucose ; la liaison entre les molécules de glucose est différente de l amidon et ne peut être rompu par nos enzymes digestives. Les pectines : présentes également dans les fibres végétales. Chauffées en milieu acide, elles gélifient (confiture). 2) Principales transformations subies lors des préparations culinaires a) Le pouvoir sucrant Il s exprime par rapport au saccharose qui sert de référence : Fructose 1,5 Saccharose 1 Glucose 0,7 Maltose 0,3 Lactose 0,2 Polyholosides (ce ne sont pas des sucres!) 0 b) Solubilité dans l eau Lorsqu on ajoute du sucre dans l eau, le sucre passe en solution. Les molécules d eau vont rompre les liaisons existantes entre les cristaux de saccharose. Les molécules de saccharose se lient aux molécules d eau et passent en suspension dans l eau. 3

4 A partir d une certaine quantité ajoutée, le sucre ne se solubilise plus, l eau est dite «saturée». Les cristaux de sucre restent visibles au fond du récipient. Si on chauffe l eau, le sucre restant est dissous. La chaleur permet d augmenter le pouvoir d hydrolyse de l eau et sépare les cristaux de sucre. Après refroidissement, il y a recristallisation du sucre. c) Influence de la concentration : Le point d ébullition augmente en même temps que la concentration en sucre : L eau pure bout à 100 C Une solution sucrée à 10 % bout à 100,2 C Une solution sucrée à 30 % bout à 101 C Une solution sucrée à 50 % bout à 102 C Une solution sucrée à 80 % bout à 106,5 C Une solution sucrée à 90 % bout à 130 C Remarque : Attention, il est donc très dangereux de se brûler avec du caramel! Application : Lorsqu on fait chauffer un mélange sucre/eau pour faire un sirop, l eau s évapore petit à petit et ainsi la concentration en sucre augmente. Les différents stades de l élaboration d un sirop peuvent être facilement repéré par la mesure de la température : 103 C Petit filet 54,3% 106 C Grand filet 71% 115 C boulé 85% 120 C Grand boulé 87% 125 C cassé 89% Remarque : De même quand la concentration en sucre augmente, la température de solidification (ou point de congélation) s abaisse. Un système de congélation pas assez puissant ne pourra pas convenir à l élaboration de sorbets. d) Action de la chaleur Dans un premier temps la chaleur accélère la dissolution du sucre dans l eau (Cf. ci-dessus). Si on refroidit brusquement un sucre cuit, il passe à l état vitreux. On obtient ainsi des confiseries. Cette structure est instable, petit à petit le sucre recristallise ce qui libère de l eau. Vers 190 C, le saccharose commence à se décomposer. Les atomes d H et d O se combinent pour former de l eau, les atomes de C s accumulent : il y a formation de caramel. Selon la proportion de carbone, le caramel est plus ou moins foncé, il permettra de parfumer ou de colorer. 3) Propriétés de l amidon a) Solubilité L amidon est insoluble dans l eau. Après agitation on obtient du lait d amidon. L amidon se redépose au fon du récipient lors du repos. 4

5 Après chauffage on obtient un empois d amidon. Vers 70 C, la solution épaissit et devient translucide. L amylopectine se gonfle d eau en raison de la présence de nombreux groupements hydroxyles. Les grains d amidon augmentent de volume et adhèrent les uns aux autres, rendant le mélange plus visqueux. Application : L amidon est dans certains produits un agent épaississant ou gélifiant. b) Hydrolyse Expérience : un lait d amidon est lentement chauffé en milieu acide. De temps en temps de petites quantités sont prélevées et testées à l eau iodée et à la liqueur de Fehling. 1 prélèvement : donne une coloration bleue foncée ; les chaînes d amidon sont intactes. 2 prélèvement : donne une coloration rosée ; les chaînes sont coupées en fragments irréguliers. Ce sont des dextrines 3 prélèvement : il n y a plus de coloration à l eau iodée : il n y a plus d amidon dans la solution. Par contre le test à la liqueur de fehling est positif : le précipité rouge brique indique la présence de sucre réducteur. Conclusion : en milieu acide et chaud, l amidon est hydrolysé Amidon Dextrines Maltose Glucose Application : L hydrolyse partielle de l amidon de la farine permet d obtenir des roux. La couleur brune est due à une caramélisation des molécules de glucose libérées. Selon le degré de décomposition de l amidon on obtient des sauces plus ou moins colorées et plus ou moins liquides : l amidon fortement dextrinisé n épaissit que très peu. Remarque : Attention à ne pas ajouter trop tôt dans un roux une substance acide (citron, vinaigre ) : la sauce se liquéfie. II) LES LIPIDES 1) Rappels Les lipides sont des esters, ils résultent de l association d un alcool et d un acide. La majeure partie des lipides rencontrés dans l alimentation sont des triglycérides c'est-à-dire l association de glycérol et d acides gras. Le glycérol : Sur chaque groupement hydroxyle peut se fixer un acide gras. Remarque : selon le nombre d acide gras fixé on obtient un mono-, un di- ou un triglycéride 5

6 Les acides gras : ils sont constitués d une longue chaîne carbonée sur laquelle peuvent se trouver une ou plusieurs insaturations. Acide gras saturé (acide palmitique) Acide gras monoinsaturé (acide oléique) Acide gras polyinsaturé (acide arachidonique) 2) Propriétés a) Onctuosité Leurs propriétés lubrifiantes et leur goût donne aux aliments qui contiennent des lipides une palatabilité appréciée. b) Solubilité et densité Les graisses sont insolubles dans l eau et solubles dans les solvants organiques. Toutes les graisses sont moins denses que l eau. Leur densité est d environ 0,9. Expérience : Dans un tube à essai on verse de l huile sur de l eau : l huile, moins dense, reste dans la partie supérieure. On agite le tube, les 2 liquides se mélangent et rapidement l huile se retrouve dans la phase supérieure : les 2 liquides ne sont pas miscibles. On ajoute une goutte de détergent (produit vaisselle) au mélange, on agite, les 2 liquides restent mélangés : le détergent contient une molécule capable de ménager l huile à l eau. Définition : une émulsion est constituée par la dispersion en fines gouttelettes d un liquide dans un autre liquide avec lequel il n est pas miscible. Remarque : dans l expérience ci-dessus, l eau est la phase dispersante, l huile est la phase dispersée. Une émulsion est réalisée par agitation ; si l agitation cesse les gouttelettes se rassemblent et l émulsion disparaît. Application Pour stabiliser une émulsion, il faut incorporer au mélange un troisième corps : un émulsifiant. Cette molécule est à la fois soluble dans l eau et dans la matière grasse grâce à sa constitution : un pôle lipophile et un pôle hydrophile. 6

7 Pôle hydrophile Pôle lipophile Quand on agite le mélange eau/huile en présence d un émulsifiant, ce dernier se dispose en monocouche entre les 2 phases empêchant les forces de cohésion. Remarque : En cuisine, on utilise comme émulsifiant le jaune d œuf, la moutarde, le beurre et la crème. Dans l industrie agro-alimentaire : les lécithines, les alginates, les polyphosphates, les mono- et di- glycérides. Pour stabiliser une émulsion, on peut également rendre la phase dispersante plus visqueuse pour empêcher les gouttelettes de la phase dispersée de se rejoindre. C est ce qui se produit lorsqu on lie une sauce avec de la farine. c) Action de la chaleur. Lorsqu on expose un corps gras à la chaleur, on observe une fusion progressive : avant de se liquéfier le produit est pâteux. Ceci s explique par le fait qu un corps gras est constitué de plusieurs types de lipides qui n ont pas la même température de fusion : ils se liquéfient les uns après les autres. Exemple : le beurre est parfaitement ferme à 15 C, à 35 C il est liquide. Entre ces deux températures il est de plus en plus mou. Avant d atteindre leur température d ébullition, les corps gras se décomposent. La température à laquelle la décomposition commence est appelée «point de fumée» ou «température critique». Exemple de points de fumée : Beurre 120 C Margarine 130 à 140 C Saindoux 210 C Huile d arachide 220 C Huile d olive 210 C Remarque : Plus les graisses contiennent d acides gras saturés, plus elles sont sensibles à la décomposition. Cette décomposition fait apparaître différents types de substances, certaines cancérigènes comme l acroléine. L acroléine est formée à partir du glycérol : Glycérol HOC CH =CH + H 2 O 7

8 III) LES PROTEINES 1) Rappels a) Les acides aminés Les acides aminés sont composés de 4 à 5 atomes différents : C, H, O, N, S. Représentation d un acide aminé : H H 2 N C - COOH R Fonction amine fonction acide Remarque : le groupement R est variable et plus ou moins complexe selon les acides aminés. b) La liaison peptidique Deux acides aminés vont se lier grâce à leur fonction amine et leur fonction acide : On parle de liaison peptidique. COOH + NH 2 = CONH + H 2 O c) Structures des protéines Les protéines résultent de l association de nombreuses molécules d acides aminés par des liaisons petidiques. Cet enchaînement d acides aminés s enroule plusieurs fois sur lui-même pour donner à la protéine sa forme globulaire finale. L enroulement est maintenu par des liaisons faibles entre les différents atomes. 8

9 IV) PROPRIETES 1) La coagulation (ou dénaturation) Il existe plusieurs agents de coagulation : la chaleur, les acides ou les alcools. a) La chaleur La chaleur va rompre les liaisons hydrogène qui maintiennent la protéine sous forme globulaire (enroulée) : la molécule se déroule. Les différents filaments déroulés s entremêlent et de nouvelles liaisons hydrogène vont se créer, de manière anarchique. Ceci va créer un réseau solide de taille plus ou moins importante Selon la nature des protéines, la température de coagulation peut varier : Jaune d œuf pur 65 à 70 C Jaune d œuf et lait 90 C Crème anglaise (jaune, lait et sucre) 95 C Crème pâtissière (jaune, lait, sucre et farine) Pas de coagulation, même au dessus de 100 C Remarque : Une protéine de la viande, la myoglobine, est un pigment donnant une couleur rouge. En fonction de son degré de dénaturation, sa couleur va changer et ainsi permettre d évaluer la cuisson de la viande : Saignante 55 à 65 C A point 65 à 70 C Bien cuite 70 à 80 C b) Autres agents Applications acide Cuisson des œufs pochés dans l eau vinaigrée Cuisson des poissons dans court bouillon acidifié (vin blanc, citron) alcool Marinade au vin Présure Fromage (enzyme) 2) Solubilité Les petites protéines sont facilement solubilisées dans l eau. Les protéines de taille plus importante ne sont pas solubilisées mais dispersées de manière homogène : on parle de solution colloïdale. 3) Pouvoir moussant En solution, les protéines ont des propriétés tensioactives : elles se lient à la fois à l air et l eau. Ainsi, après agitation, les bulles d air mélangées à l eau ne s échappent pas, il y a formation de mousse. Application : les blancs en neige. Lorsqu on commence à battre des blancs, on incorpore des grosses bulles d air. Lorsqu on arrête rapidement de battre, les bulles de taille trop importante ne peuvent être retenues, la mousse disparaît. 9

10 Si on continue de battre vigoureusement, on sépare les bulles d air. Les protéines sont alors liées à des bulles de taille plus faible ; les forces de pesanteur qui tendent à les faire remonter sont inférieures aux forces de la tension superficielle : la mousse est stabilisée. Pendant le battage, les liaisons hydrogènes sont rompues mécaniquement ; les protéines se déroulent et forment de nouvelles liaisons faibles. Ce début de coagulation rigidifie l ensemble et prolonge la stabilité de la mousse. 4) Elasticité L agencement des atomes de certaines protéines leur confère plus ou moins d élasticité. Application : Dans le blé et le seigle, on trouve deux protéines : la gluténine et la gliadine. Lors du pétrissage, ces 2 protéines s associent pour former le gluten. Lors de la fermentation du CO2 est produit, la pâte élastique se déforme mais empêche le gaz de s échapper : la pâte gonfle. 5) La réaction de Maillard Cette réaction chimique se produit entre les protéines et les glucides lorsque celui-ci est porté à une température suffisamment élevée. Elle se produit entre la fonction amine des acides aminés et le groupement hydroxyle des glucides. Les cuissons au grill et au four favorisent cette réaction, moins les cuissons à l Anglaise ou au micro-ondes. Conséquences : Positives - apparition d un arôme agréable : grillades, croûte du pain, biscuits, chocolat - apparition d une couleur brune : sauces liées à l amidon, surface de la viande, croûte du pain Négative D un point de vue nutritionnel, les acides aminés participant à cette réaction ne sont plus utilisables par l organisme Remarque : Attention aux trop hautes températures atteintes par les grills : au dessus de 300 C les glucides, lipides et protides donnent naissance à des molécules cancérigènes comme le benzopyrène. 10