Chimie et alimentation

BULLETIN
DE
L’UNION
DES
PHYSICIENS
1197
Chimie et alimentation
Les sucres dans les fraises Tagada Haribo®
Les ions nitrites dans le jambon
par Françoise RIVOAL
Lycée Saint-Louis - 33000 Bordeaux
[email protected]
et Bernadette DISCAMPS
Lycée Bel Orme - 33000 Bordeaux
RÉSUMÉ
Cet article présente deux travaux pratiques sur le thème « chimie et alimentation ».
Premier TP : étude sur les sucres
♦ Identification du saccharose et du glucose par CCM (Chromatographie sur couche
mince) ;
♦ Dosage spectrophotométrique du glucose par une méthode enzymatique.
Deuxième TP : dosage des ions nitrite dans un jambon
♦ Extraction des ions nitrite ;
♦ Dosage des ions nitrite par spectrophotométrie.
Les deux séances de travaux pratiques qui font l’objet de cet article ont été proposées
aux olympiades de la chimie et sont réalisables par des élèves de terminale S ou STL CLPI.
L’étude des fraises Tagada Haribo® a été élaborée pour le concours régional d’Aquitaine Nord en 2001. Ce TP peut illustrer, dans le nouveau programme de terminale S,
l’identification des espèces chimiques, l’intérêt de la catalyse enzymatique et le contrôle
qualité, la méthode d’analyse étant la spectrophotométrie.
Le dosage des ions nitrite dans un jambon a été testé et rédigé à partir de la norme
AFNOR NFV 04-409, puis proposé au concours régional des olympiades en 2002. Il peut
illustrer, dans le nouveau programme de terminale S, les méthodes d’extraction, d’identification des espèces chimiques ainsi que le contrôle qualité, la méthode d’analyse étant
la spectrophotométrie.
De plus, ces TP peuvent être utilisés dans les TPE (Travaux personnels encadrés)
car ils constituent un lien entre la biologie et la chimie à travers le thème de l’alimentation.
Vol. 96 - Juillet / Août / Septembre 2002
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TP sur les sucres
Étude des fraises Tagada Haribo®
La composition des fraises figurant sur le paquet est : glucose, saccharose, gélatine,
acidifiant, colorants rouges.
BUT DU TP
♦ Vérifier la présence de certains sucres dans leur composition par chromatographie sur
couche mince.
♦ Doser la quantité de glucose par spectrophotométrie.
Ces manipulations sont réalisables en deux heures. Elles ont été élaborées par
B. DISCAMPS (lycée Bel Orme - Bordeaux) et F. RIVOAL (Lycée Saint-Louis - Bordeaux)
et proposées au concours régional des olympiades de la chimie à Bordeaux à des élèves
de terminale S et STL CLPI en 2001.
PROTOCOLE
1. Solubilisation des fraises
Matériel et produit
♦ plaque chauffante agitante + barreau aimanté + cristallisoir ;
♦ support ;
♦ noix de fixation ;
♦ ballon ou erlen ;
♦ thermomètre ;
♦ balance à 0,01 g ;
♦ capsule de pesée ;
♦ couteau ou ciseaux ;
♦ fioles jaugées de 200 mL et 500 mL ;
♦ pipette jaugée de 5 mL et propipette ;
♦ deux béchers de 150 mL ;
♦ entonnoir + support + 2 filtres en papier ;
♦ noir animal et spatule ;
♦ carbonate de potassium ;
♦ bâton en verre.
Manipulation
♦ Peser avec précision quatre fraises.
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♦ Introduire les quatre fraises dans le ballon ou l’erlen avec environ 100 mL d’eau après
les avoir coupées au couteau sur du papier filtre (attention à ne rien perdre).
♦ Ajouter une spatulée de carbonate de potassium K 2CO3.
♦ Chauffer au bain-marie entre 30 et 40 °C en agitant jusqu’à dissolution complète.
♦ Refroidir.
♦ Transvaser toute la solution dans une fiole jaugée de 200 mL. Ajuster avec de l’eau
distillée.
♦ Verser une partie de cette solution dans un bécher. Y ajouter une spatulée de noir animal. Agiter quelques instants jusqu’à décoloration. Filtrer éventuellement sur deux
filtres plissés superposés. Soit A la solution obtenue.
♦ Diluer cent fois la solution A. Soit A’ la solution diluée.
2. Chromatographie sur couche mince (CCM) des sucres
Matériel et produits
♦ une cuve saturée d’éluant (ici un mélange de 3 volumes de butan-2-one, 1 volume de
méthanol et 1 volume d’acide éthanoïque) ;
♦ une plaque de chromatographie (gel de silice) ;
♦ des solutions étalons de glucose et de saccharose à 10 g/L ;
♦ solution A préparée précédemment ;
♦ capillaires pour faire les dépôts ;
♦ révélateurs des sucres (on mélange au dernier moment deux solutions A et B.
Solution A : 0,5 mL d’aniline ; 0,5 g de diphénylamine ; 25 mL d’éthanol.
Solution B : 5 mL d’acide phosphorique concentré et 25 mL d’éthanol) + pinceau ;
♦ plaque chauffante à utiliser sous la hotte ;
♦ gants.
Manipulation
♦ Manipuler la plaque en évitant de mettre les doigts dessus.
♦ Tracer la ligne de dépôts des solutions à 1 cm environ du bas de la plaque avec un
crayon gras sans appuyer.
♦ Avec les capillaires déposer les solutions étalons et A (taches de diamètre inférieur à
3 mm) en les repérant (G, S et A). Sécher au sèche-cheveux et recommencer l’opération.
♦ Introduire délicatement la plaque dans la cuve.
♦ Lorsque le front de solvant est à 1 cm du bord supérieur, retirer la plaque.
♦ La sécher au sèche-cheveux.
♦ Les solutions étant incolores, révéler les plaques : appliquer le révélateur au pinceau
sur l’ensemble de la plaque puis la passer au-dessus d’une plaque chauffante sous la
hotte jusqu’à apparition des taches.
♦ Vérifier la présence de glucose et de saccharose dans les fraises.
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3. Dosage spectrophotométrique du glucose
Matériel et produits
♦ solution A’ préparée précédemment ;
♦ pipette jaugée de 1 mL + propipette ;
♦ pipette jaugée de 2 mL ;
♦ solution étalon de glucose à 0,100 g/L notée E ;
♦ réactif R spécifique du glucose
Composition du «Glucose RTU» : solution tampon de pH 7, phénol, aminoantipyrine,
peroxydase et glucose oxydase - Fournisseur : Biomérieux.
♦ cinq cuves de spectrophotométrie ;
♦ un spectrophotomètre visible ;
♦ Parafilm® ;
♦ étuve à 40 °C.
Principe du dosage
On réalise l’oxydation du glucose C6H12O6 par le dioxygène. Cette réaction est catalysée par une enzyme, la glucose oxydase. Celle-ci est spécifique du glucose : seule
l’oxydation de ce sucre qui est catalysée sera observée. Le glucose est transformé en
acide gluconique.
L’eau oxygénée H2O2 formée réagit ensuite avec le phénol pour donner la benzoquinone selon une réaction catalysée par une autre enzyme, la peroxydase.
La benzoquinone formée réagit sur la 4-aminoantipyrine pour former un produit
coloré rose (cf. annexe).
Toutes ces réactions s’effectuent en milieu tamponné neutre. On mesure l’absorbance de ce produit qui est fonction de la concentration en glucose initial.
Manipulation
♦ Préparer en même temps directement dans cinq cuves spectrophotométriques les
mélanges suivants :
– cuve n° 1 : cuve de référence : 2 mL de réactif R + 1 mL d’eau distillée ;
– cuves n° 2 et n° 3 : cuves étalons identiques : 2 mL de réactif R et 1 mL de solution étalon de glucose E ;
– cuves n° 4 et n° 5 : cuves échantillons identiques : 2 mL de réactif R et 1 mL de
solution A’.
♦ Boucher les cuves avec du parafilm®. Agiter.
♦ Laisser les cuves à l’étuve à 40 °C pendant quinze minutes.
♦ Retirer les cuves. Laisser refroidir dix minutes avant de faire les mesures d’absorbance
à 505 nm.
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Remarques
♦ La linéarité entre l’absorbance et la concentration en glucose est bonne jusqu’à des
concentrations de 4 g/L.
♦ Si on dispose de plus de temps, on peut procéder autrement : préparer une gamme de
solutions étalons.
Annexe
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Questionnaire
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TP sur les ions nitrite
dans un jambon
Ces manipulations sont réalisables en 2 heures. Ce TP a été testé et rédigé par
B. DISCAMPS (Lycée Bel Orme - Bordeaux ) et F. RIVOAL (Lycée Saint-Louis - Bordeaux)
et proposé au concours régional des olympiades de la chimie à Bordeaux à des élèves de
terminale S et STL CLPI en 2002.
PRINCIPE
On extrait les ions nitrite NO2- d’un jambon par l’eau bouillante. On ajoute ensuite
une solution d’hexacyanoferrate de potassium (K 4FeCN6, 3H2O) et une solution d’éthanoate
de zinc afin de faire précipiter toutes les substances qui peuvent troubler la solution (cette
clarification s’appelle en langage technique une « défécation »). Les ions nitrite réagissent ensuite avec un réactif pour donner un produit coloré rose qui peut être dosé par
spectrophotométrie visible.
PROTOCOLE
1. Mise en solution des ions nitrite du jambon
Matériel
♦ hachoir + balance à 0,01 g près ;
♦ plaque chauffante + cristallisoir pour bain-marie + support + barreau aimanté ;
♦ support + noix de fixation + ballon de 100 mL + reflux + valet ;
♦ thermomètre ;
♦ bécher de 250 mL ;
♦ fiole de 200 mL + entonnoir à solide ;
♦ pipette graduée de 5 mL ;
♦ éprouvette de 50 mL ;
♦ entonnoir + filtre plissé + support ;
♦ parafilm® ;
♦ propipette + gants + lunettes.
Solutions et produits
♦ jambon sans couenne de marque Herta (« jambon de Paris cuit à l’étouffée ») ;
♦ solution de borax saturée ;
♦ solution d’hexacyanoferrate de potassium (K 4FeCN6, 3H2O) à 106 g/L ;
♦ solution d’éthanoate de zinc (220 g d’éthanoate de zinc dihydraté + 30 mL d’acide
éthanoïque cristallisable par litre d’eau).
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Manipulation
♦ Peser avec précision environ 25 g de jambon haché dans un ballon de 100 mL.
♦ Ajouter 5 mL de solution borax saturée et 50 mL d’eau distillée à température > 70 °C.
♦ Chauffer au bain-marie bouillant, à reflux, sous agitation pendant quinze minutes.
♦ Laisser refroidir.
♦ Transvaser le contenu du ballon dans la fiole jaugée de 200 mL.
♦ Ajouter 2 mL de la solution d’hexacyanoferrate de potassium puis 2 mL de solution
d’éthanoate de zinc puis 50 mL d’eau distillée.
♦ Agiter fortement.
♦ Laisser reposer une demi-heure.
♦ Compléter au trait de jauge avec de l’eau distillée.
♦ Filtrer la solution obtenue est appelée J.
2. Préparation des échantillons pour la spectrophotométrie
Matériel
♦ pipettes jaugées de 2 mL, 10 mL et 20 mL ;
♦ fiole jaugée de 100 mL ;
♦ 6 tubes à essais propres et secs + portoir ;
♦ 6 cuves spectrophotométriques ;
♦ spectrophotomètre ;
♦ papier filtre + papier Joseph.
Solutions
♦ Réactif R des ions nitrites (5 g d’acide sulfanilique + 140 mL d’acide éthanoïque
pur + 800 mL d’eau distillée puis 80 mg de N-1-naphtyl éthylène diamine puis compléter à 1 L avec de l’eau distillée. Chauffer, laisser refroidir et filtrer). Il est préférable de préparer ce réactif le jour même de l’utilisation.
X
Xi : R36-38-43
Pictogramme relatif au réactif :
♦ Solution A de référence de nitrite de sodium à 0,0500 g/L à préparer le jour même.
♦ Solution J obtenue à partir du jambon dans le 1.
Manipulation
♦ Diluer dix fois la solution A soit A’ la solution obtenue.
♦ Préparer simultanément et assez rapidement les solutions à analyser par spectrophotométrie de la façon suivante :
– introduire dans les tubes à essais (cf. tableau ci-contre) ;
– homogénéiser ;
– transvaser chaque solution dans une cuve spectrophotométrique et mesurer l’absorbance à 526 nm après dix minutes.
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Tube à essais n°
0
A’1
A’2
J1
J2
2
2
2
2
2
mL
mL
mL
mL
mL
d’eau distillée
de A’
de A’
de J
de J
20
20
20
20
20
mL
mL
mL
mL
mL
de
de
de
de
de
R
R
R
R
R
Remarque
♦ Si on dispose de plus de temps on peut procéder autrement et réaliser une gamme
spectrophotométrique : la linéarité est correcte jusqu’à 10 mg/L de nitrite de sodium
mais on n’a besoin que de quelques points autour de la valeur obtenue pour la solution J qui est de l’ordre de 1 mg/L (cf. annexe).
Annexe
FABRICATION D’UNE GAMME SPECTROPHOTOMÉTRIQUE
On fabrique une solution M en introduisant m = 1,045 g de nitrite de sodium dans
une fiole jaugée de 1 L. La solution M est ensuite diluée vingt fois, on obtient une solution A à 0,0523 g/L. On fabrique alors les solutions suivantes :
Solution
fille
1
2
3
4
5
Volume de A prélevé
à la pipette jaugée
ou à la burette
5
5
7,5
10
20
Volume de dilution
(fiole jaugée)
Concentration
en NaNO2 en mg/L
200
100
100
100
100
1,31
2,61
3,92
5,23
10,4
Introduire dans des tubes à essais :
Tube à essais n°
0
i
2 mL d’eau distillée
2 mL de solution fille i
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20 mL de R
20 mL de R
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TRACÉ DE LA COURBE D’ÉTALONNAGE
On mesure alors les absorbances des solutions à 526 nm.
Cuve
Cuve
Cuve
Cuve
Cuve
Cuve
0
1
2
3
4
5
Chimie et alimentation
Absorbance
0
0,071
0,143
0,219
0,295
0,590
Concentration en mg de NaNO2/L
0
1,31
2,61
3,92
5,23
10,4
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