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Les secrets de la maturation des fruits Collège Charles Exbrayat La Grand-Croix Par les élèves de 6ème : Andréanne Vincent Axelle Ganzhorn Pauline Decot Professeur : Sylvie Decitre
Résumé du projet : Nous avons observé différents changements lors de la maturation des fruits. Nous avons essayé d expliquer ces observations en faisant des expériences. Nous nous sommes intéressés : - au changement de la couleur des fruits lors de leur mûrissement en prenant l exemple de la banane et en séparant les pigments de la peau par chromatographie, - au changement de la texture et du goût de la pulpe en faisant des tests de composition chimique et des observations microscopiques, - à l amincissement et au flétrissement de la peau en faisant une expérience sur l osmose, Puis nous avons recherché les causes de tous ces changements chez les fruits climactériques : la production d éthylène. Pour l ensemble de ce projet, nous sommes partis d observations, suivies de recherches bibliographiques afin de pouvoir proposer des hypothèses. Puis nous les avons testées en faisant des expériences afin de donner des explications aux observations.
Contexte scientifique du projet : Nous sommes un groupe de 8 élèves de 6ème participant à un atelier scientifique deux fois par semaine au sein de l établissement. Nous nous intéressons aux fruits et légumes. Ce sujet a été choisi du fait que l agriculture occupe une partie des paysages proches et que les repas à la cantine sont réalisés en utilisant essentiellement des produits locaux. Au cours des séances, nous avons appris à adopter une démarche scientifique tout en créant des liens entre les sciences et la vie courante. Ici nous présentons les réactions chimiques ayant lieu lors de la maturation des fruits. Problématique du projet : Quels changements peuvent être observés au cours du mûrissement des fruits et comment les expliquer? Différentes observations ont conduit à des questionnements, puis à des hypothèses pour les expliquer et à des expériences pour les vérifier. Nous avons mis en évidence différents constituants des fruits, nous avons constaté que la couleur change au cours de la maturation, que le goût devient plus sucré, que la pulpe se ramollit en mûrissant. Nous avons alors cherché les causes de ces changements en faisant des recherches bibliographiques permettant de faire des hypothèses, puis des expériences pour les valider. Nous avons pris l exemple des bananes parce que ce sont des fruits que l on peut trouver à la fois mûrs et non mûrs en toute saison. Notre implication : Nous avons mis en évidence différents constituants des fruits (amidon avec le test à l eau iodée, les sucres simples avec le test à la liqueur de Fehling) et nous avons pu constater une évolution lors de la maturation des bananes. Puis nous avons vérifié la présence d amidon dans les cellules avec des observations microscopiques. Et nous avons expliqué cette évolution d un point de vue chimique en construisant des molécules avec des modèles moléculaires. La couleur des fruits change lorsqu ils mûrissent. Nous avons fait des recherches sur différents sites internet pour chercher des hypothèses expliquant cette observation. Puis, avec l aide de notre professeur de SVT, de la technicienne du laboratoire et en posant des questions à un chercheur du laboratoire de Mesures physiques de l IUT, nous avons fait des expériences de chromatographie pour distinguer les pigments présents dans la peau de la banane au cours de sa maturation. Nous avons aussi cherché à expliquer l amincissement de la peau lors de la maturation. Nous avons aussi fait des recherches sur internet pour proposer que cette observation est dûe au principe d osmose et nous avons fait une expérience pour le montrer. Enfin tous ces changements se font simultanément et nous avons cherché quelle est la substance qui les provoque. Nous avons fait une expérience qui montre que la banane rejette un gaz et après des recherches bibliographiques nous pensons qu il s agit de l éthylène. De plus, nous avons constaté que plusieurs bananes ensemble ou avec des pommes mûrissent plus vite du fait du dégagement de ce gaz.
I Le changement de couleur Observations : Nous avons observé les changements de couleur de la peau au cours du mûrissement : elle est d abord verte, puis devient jaune, des tâches noires apparaissent, et enfin elle devient entièrement noire. Hypothèse : Par rapprochement avec le changement de couleur des feuilles des arbres, nous avons proposé que le changement de couleur lors de leur maturation est dû à une modification des pigments de la peau, la chlorophylle donnant la couleur verte et les caroténoïdes la couleur jaune. Validation de l hypothèse par l expérience : Pour valider cette hypothèse, nous avons voulu séparer les pigments pour les différencier. En faisant des recherches, nous avons trouvé qu ils peuvent être séparés par chromatographie sur couche mince : un éluant entraîne les différents pigments qui migrent à des vitesses différentes, ce qui permet de les séparer. Pour nous familiariser avec cette manipulation, nous avons réalisé une chromatographie sur papier en séparant les couleurs d un feutre avec comme éluant de l eau salée : la séparation des couleurs est basée sur la différence de vitesse de remontée des molécules par capillarité sur un papier filtre. Pour séparer les pigments des végétaux, l éluant doit être un mélange d éther de pétrole, d acétone et de cyclohexane. Nous avons broyé des feuilles de plantain et avons réalisé leur chromatographie afin de situer sur la plaque la position des pigments de chlorophylle et de caroténoïdes. Puis nous avons fait la chromatographie de peau de bananes verte et jaune. Nous avons broyé des tranches fines de peau avec du sable pour faire éclater les cellules et avons ajouté de l alcool. Puis nous avons déposé les échantillons d abord sur du papier whatman, mais les séparations n étant pas assez visibles nous les avons réalisées sur une plaque recouverte de gel de silice. Sur la photo suivante, nous pouvons voir comment se passe une chromatographie une plaque de silice : des dépots sur la plaque et la migration de l éluant. Expérience de chromatographie Résultats et interprétation La séparation des pigments du plantain a donné de bons résultats. Mais pour les bananes, nous avons dû faire de nombreux essais. La séparation de la chlorophylle a été visible, mais les caroténoïdes ont été moins nets. Des recherches bibliographiques nous ont appris que la peau de banane verte contient de la chlorophylle et des caroténoïdes et que la peau de banane jaune contient seulement des caroténoïdes. La chlorophylle qui donne la couleur verte à la peau de la banane se dégrade et laisse apparaître les pigments jaunes pendant la maturation : les caroténoïdes étaient cachés par la chlorophylle. Lorsque la banane continue de mûrir, les caroténoïdes se dégradent à leur tour ce qui explique que des tâches noires apparaissent.
II- Changement de texture et de goût de la pulpe Observations : La pulpe devient plus juteuse et plus sucrée lorsque la banane mûrit. Hypothèse : L amidon contenu dans les bananes vertes se transforme en glucose qui a un goût sucré lorsqu elles mûrissent. Validation de l hypothèse par l expérience : Nous avons fait un test à l eau iodée pour savoir si les bananes à différents degrés de maturation contiennent de l amidon. L eau iodée est jaune, et elle devient violette en présence d amidon. Nous avons d abord fait des tests avec du sucre et de l amidon pour bien voir les colorations observées en présence d amidon. Puis nous avons testé la chair de banane à différents degrés de maturation. Nous avons fait un test à la liqueur de Fehling pour savoir si les bananes contiennent du glucose à différents degrés de maturation. La liqueur de Fehling est bleue et elle devient rouge brique lorsqu elle est chauffée en présence de glucose. Nous avons aussi testé sur la banane. Résultats et interprétation La banane verte est colorée en violet par l eau iodée, la banane jaune est partiellement colorée en violet et la banane noire n est pas colorée en violet. Le test à la liqueur de Fehling montre que la banane verte contient moins de sucre que la banane mûre. Donc la banane verte contient beaucoup d amidon et peu de sucre, puis au cours de sa maturation elle contient de moins en moins d amidon et plus de sucre. Nous avons vérifié ces résultats avec des observations microscopiques : Nous avons observé de la chair de banane verte colorée avec l eau iodée. La photo suivante montre les grains d amidon (colorés en violet) présents dans les cellules. Ils n apparaissent pas dans la banane mûre. Grain d amidon Observation microscopique de banane verte colorée à l eau iodée L amidon est une grosse molécule formée d une chaîne de molécules de glucose. Lors de la maturation, l amidon est hydrolysé en glucose. D autres grosses molécules formant les membranes des cellules sont aussi hydrolysées, ce qui rend la texture de la banane moins dure.
III L amincissement et le flétrissement de la peau Observations : La peau de la banane s amincit et se plisse lorsque la banane mûrit. Hypothèse : L eau contenue dans la peau passe dans la pulpe. La pulpe devient plus sucrée lors du mûrissement de la banane, elle est donc plus concentrée en sucre que la peau. L eau passe du milieu le moins concentré au milieu le plus concentré, donc de la peau à la pulpe de la banane. Validation de l hypothèse par l expérience : Nous avons fait une expérience en plaçant du sucre dans un trou creusé dans une pomme de terre. De l eau est remontée dans le trou contenant le sucre. Résultats et interprétation Selon le principe de l osmose, l eau de la peau migre vers la pulpe qui est plus sucrée, ce qui contribue aussi au changement de goût et au ramollissement de la pulpe. IV Le rôle de l éthylène dans le mûrissement des fruits Observations : Une banane mûrit plus vite si elle est enfermée avec des pommes. Hypothèse : La banane et la pomme émettent un gaz (l éthylène) qui favorise le mûrissement. Validation de l hypothèse par l expérience : Nous avons enfermé une banane dans un erlenmeyer au fond duquel nous avons placé de la potasse qui piège le dioxyde de carbone. Cet erlenmeyer est relié à un tube rempli d eau (tourné à l envers dans un plat d eau) comme le montre la photo suivante. Nous avons fait la même expérience sans placer de banane dans l erlenmeyer : le témoin. Expérience de dégagement de gaz lors du mûrissement de la banane
Résultats et interprétation Sans la banane, le tube reste rempli d eau. Avec la banane, de l air arrive dans le tube. L air peut être du dioxyde de carbone libéré par la respiration. Nous avons placé de la potasse au fond de l erlenmeyer pour piéger le dioxyde de crabone. Donc le gaz libéré par les bananes peut être de l éthylène. Nous avons voulu le montrer, nos recherches bibliographiques nous ont appris que l eau de brome se décolore en présence d éthylène. Mais nous n avons pas pu l utiliser car nous n avons pas de hotte aspirante pour l utiliser dans des conditions de sécurité appropriées. L éthylène est un gaz émis par la banane lors de son mûrissement. C est une petite molécule formée d atomes d hydrogène et de carbone. Ce gaz permet les transformations précédentes : le changement de couleur, de goût, de texture de la banane. Les fruits qui produisent de l éthylène sont appelés des fruits climactériques et ils continuent de mûrir après la récolte. Les fruits qui n en produisent pas ne peuvent pas mûrir après la récolte. Nous avons fait différentes expériences pour connaître les conditions qui influencent la production d éthylène et donc la maturation des fruits : - En enfermant les bananes dans le frigo au froid : la peau devient noire (le froid accélère la dégradation des pigments colorés) mais la banane mûrit moins vite, - En plaçant les bananes à la chaleur, elles mûrissent plus vite. - En plaçant les bananes à l obscurité, elles n ont pas mûrit plus vite, la lumière n a donc pas d influence sur la production d éthylène. - Sa production est favorisée lors de chocs. Conclusion En préparant ce projet, nous avons pu appliquer une démarche expérimentale en chimie et SVT appliquée aux fruits : comprendre le rôle de réactions chimiques lors de la maturation des fruits. Nous avons pu développer un esprit d autonomie et un esprit critique devant les résultats. Nous avons aussi appris de nos échecs en testant des hypothèses avec des expériences qui ne donnaient pas toujours les résultats attendus. La préparation de cette présentation nous a enfin permis d utiliser des outils informatiques et de développer des qualités d expression orale.