LES ADDITIFS ALIMENTAIRES
Cet article de blog a été réalisé dans le cadre de nos cours de l'option STL en partie physique. Nous avons étudié tout au long du trimestre 1 les additifs alimentaires.
Cet article est un résumé de nos séances et expériences, on espère qu’il vous éclairera !
Tout d’abord, nous allons définir ce qu'est un additif alimentaire. Puis, nous nous intéresserons à la concentration de sucre dans le Coca-Cola. Nous utiliserons pour cela le dosage par étalonnage et nous calculerons sa concentration en masse afin de comparer ce que nous allons trouver et l’étiquette. Ensuite, nous étudierons les différents colorants utilisés dans les m&m’s. Pour cela nous utiliserons la chromatographie sur couche mince et la spectrophotométrie.
Dans les étiquettes des aliments nous retrouvons souvent des E951, E621 ou encore E171.
Mais que signifient ces chiffres? Quelles substances se cachent derrière la lettre E ? Comment déterminer les quantités de ces additifs ? Comment les identifier ? Est-il possible de les synthétiser ? Sont-ils dangereux ?
Premièrement, il faut savoir que les additifs alimentaires sont des substances ajoutées aux aliments. Ils possèdent plusieurs fonctions. En effet, ils sont utilisés pour améliorer la saveur (amplifier le goût des aliments), la texture, l’apparence (aspect), la conservation des aliments.
On distingue deux types d'additifs : les additifs naturels (obtenus à partir de micro-organismes, d'extraits végétaux) et les additifs de synthèse (créés par réaction chimique ou enzymatique) .
Voici les principales catégories d’additifs alimentaires :
→ les colorants qui permettent de rendre aux aliments leur coloration, de la renforcer ou de leur donner une couleur spécifique (aspect).
→ les agents de texture (émulsifiants, stabilisants, épaississants, gélifiants) qui améliorent la présentation et la tenue des aliments.
→ les édulcorants qui donnent une saveur sucrée.
→ les antioxydants qui permettent d’éviter ou de réduire l’oxydation provoquant la pourriture des matières grasses ou le brunissement des fruits et légumes.
→ les conservateurs qui aident à la conservation en empêchant le développement de micro-organismes comme par exemple les moisissures.
L'additif alimentaire qui améliore l'aspect est donc le colorant. Les colorants alimentaires permettent de rendre à l'aliment transformé une couleur ou lui en donner une afin de le rendre plus appétissant. La couleur d’un aliment est très importante car c'est la première impression que l'on se fait sur la qualité d'un aliment. C’est aussi ce qui va nous donner envie d’acheter le produit et le manger. La couleur nous donne une idée de la saveur et du goût du produit et nous met ainsi en appétance.
Par exemple, le yaourt à la fraise est blanc lors de sa fabrication car sa teneur en fraise n'est pas suffisante pour lui donner une couleur rosée naturelle. Les industriels ajoutent alors du colorant rose pour le rendre plus appétissant. C’est la même chose pour le colorant ajouté dans le jambon.
L’excès de colorants alimentaires peut entraîner des effets indésirables et être dangereux pour la santé (allergie, trouble de santé, des migraines ), même s’il s’agit d’un colorant naturel.
Les additifs alimentaires qui améliorent le goût sont :
* Les exhausteurs de goût : ce sont des substances qui n'ont pas de goût ou peu mais qui amplifient celui d’un aliment. Le plus connu est le sel, il y a aussi des acides guanyliques (E626-629) présents dans les potages, les sauces, les bouillons concentrés et l'acide glutamique (E620-625) que l’on retrouve dans les chips, gâteaux apéritifs, sauce soja.
* Les arômes : - Les arômes naturels issus de fruits, de légumes ou de végétaux.
- Les arômes de synthèse fabriqués industriellement mais existant dans la nature.
- Les arômes artificiels qui sont créés par réaction chimique et reconstitués entièrement par l’homme.
Les arômes apportent un nouveau goût sur un aliment qui n'en avait pas ou peu. Ils sont parfois d'origine végétale (arômes de cannelle, vanille, menthe …) ou animale (viandes, lait ...).
Les exhausteurs de goût sont les additifs alimentaires les plus controversés parce qu'ils peuvent modifier l'appétit et entraîner une addiction. Leur consommation doit être modérée.
Les additifs alimentaires servent avant tout à préserver, améliorer la qualité d’un produit industriel, à améliorer l'aspect et amplifier le goût des aliments. La grande majorité de ces additifs ne représente pas de danger pour la santé compte tenu de la réglementation et des contrôles stricts.
L’important est de consommer des produits transformés et ultra transformés avec modération, et de consommer en majorité des aliments bruts cuisinés par nos soins.
PARTIE 1 : Comment déterminer la concentration de sucre dans le Coca-Cola ?
La consommation de sodas et autres boissons rafraîchissantes ne cesse d’augmenter. Les chirurgiens-dentistes et les médecins s’inquiètent : de plus en plus de jeunes adultes, et même des enfants, présentent des effets caractéristiques d’une alimentation trop riche en sucre.
Déjà critiquées pour leur teneur en sucres, caféine et autres substances pas toujours identifiées, ces boissons consommées régulièrement dans la journée, augmentent significativement les risques de carie, d’obésité et de diabète.
On admettra que les additifs (acidifiants, conservateurs, colorants, arômes, gaz carbonique) sont présents en quantité nettement plus faible que le sucre et que leur influence sur la masse volumique du Coca-Cola est négligeable.
Nous allons dans un premier temps, répondre à des questions pratiques qui vont vous permettre de mieux comprendre l'expérience que nous allons réaliser.
1- Quelle est la différence entre la masse volumique du Coca-Cola et la concentration en masse de sucre du Coca-Cola ?
La masse volumique et la concentration en masse de soluté sont des grandeurs physiques bien différentes. En effet, la masse volumique d’une solution est une grandeur physique qui caractérise la masse de la solution par unité de volume de solution, elle est déterminée par la formule :
La concentration en masse d’un soluté est une grandeur physique qui caractérise la masse de soluté dissout par unité de volume de solution. Sa formule est :
2- Comment évolue la masse volumique d’une solution quand la quantité de sucre augmente ?
La masse volumique d’une solution augmente en fonction de la quantité de soluté ajouté parce que dans la masse de l’eau nous ajoutons la masse volumique du liquide soluté.
3- Sachant que le Coca-Cola est principalement constitué d’eau et de sucre (les masses des autres constituants sont négligeables) que va-t-on utiliser comme solutions étalons ?
Nous allons utiliser une solution aqueuse sucrée.
4- Qu'est ce que la courbe d'étalonnage ?
La courbe d'étalonnage repose sur l’utilisation de solutions (appelées solutions étalon) qui contiennent l’espèce chimique à doser en différentes concentrations connues. Il suppose également que la concentration de l’espèce chimique influe sur une grandeur physique (conductivité, masse volumique… etc.) qu’il est possible de mesurer.
En reportant sur un graphique des points dont l’abscisse correspond à la concentration des solutions connues et l’ordonnée à la grandeur physique mesurée on obtient alors un nuage de points que l’on modélise par une courbe d’étalonnage. Il suffit alors de mesurer la grandeur physique de la solution à doser afin d’obtenir un point de la courbe dont l’abscisse indique la concentration recherchée.
Nous allons donc réaliser une dissolution afin de savoir la présence en gramme de sucre dans le coca cola. Cette boisson possède et comporte des colorants, des arômes, des acidifiants, du sucre et d'autres substances. Nous comparerons donc cette boisson gazeuse à de l’eau sucrée pour utiliser des solutions d’eau sucrée (solutions étalons) pour réaliser la courbe d’étalonnage. Pour réaliser les solutions étalons, nous utiliserons la dilution à partir d’une solution mère de concentration connue.
Voici le matériel nécessaire pour réaliser l'expérience :
Voici maintenant le protocole de l'expérience :
Voici le déroulé de l'expérience :
Nous avons pesé une fiole jaugée vide de 100ml ainsi que la quantité de sucre voulue dans une coupelle de pesée , et nous avons noté leurs masses. Nous avons ensuite versé le contenu de la coupelle dans la fiole jaugée en s’aidant d’un entonnoir en prenant soin d’entraîner tout le sucre avec de l’eau distillée. Il faut être très précis lors de cette étape. Nous avons rincé la coupelle ainsi que l’entonnoir au-dessus de la fiole jaugée pour ne pas oublier un seul gramme de sucre. Nous avons par la suite ajouté de l’eau distillée dans le but de dissoudre le sucre, il faut s'arrêter à la moitié de la fiole pour pouvoir homogénéiser la solution en agitant la fiole jaugée bouchée. Après, nous avons rempli la fiole jusqu’au trait de jauge à l’aide de la pissette et de la pipette pasteur en rinçant le col de la fiole jaugée. Nous avons bouché la fiole et l’avons homogénéisé en la retournant plusieurs fois. Pour finir, nous avons pesé la fiole jaugée remplie et avons déduit la masse de la solution préparée.
Résultats :
En nous aidant de la courbe d’étalonnage, nous allons calculer la concentration en masse de sucre et la comparer à celle de l’étiquette présente sur la boisson.
Étiquette d’une bouteille de Coca-Cola :
Voici quelques petites questions auxquelles nous avons répondu pour vous :
1- Quelles sont les conséquences d’une trop grande consommation de sucres ajoutés ?
Manger trop de sucre provoque de l'hyperglycémie qui est la source de nombreuses maladies telles que les maladies cardiovasculaires, problèmes de la rétine, des reins, des nerfs, l'obésité ainsi que le diabète. D'autres maladies ou symptômes sont associés à la consommation excessive de sucre, comme l'hyperactivité, l'apparition de caries .
On appelle « sucres ajoutés » l’ensemble des sucres qui sont ajoutés aux aliments et boissons par le fabricant au cours du procédé industriel, par le cuisinier ou le consommateur.
2- Selon l’OMS, quelle est la masse de sucres ajoutés à ne pas dépasser par jour ? À quel volume de Coca-Cola cela correspond-il ?
L’OMS recommande actuellement une dose maximale de 6 cuillères à café de sucre ajouté par jour (4g / cuillère), c’est-à-dire environ 25 g par jour. Cette quantité correspond à un besoin d’énergie moyen chez un adulte dont l’activité est modérée. En effet, le sucre joue un rôle de pourvoyeur de carburant pour le bon fonctionnement de l’organisme, surtout pour le cerveau. C’est pour cette raison qu’il est essentiel pour l’être humain.
Cela correspond à :
VCoca-Cola= 0,40 L
25g de sucre correspond à à 0,40L soit 400ml de Coca Cola.
3- Un morceau de sucre à une masse d’environ 5,0 g. Quel est le nombre équivalent de morceaux de sucre que contient une canette de Coca-Cola de 33 cL?
On calcule la masse de sucre contenue dans 33 cL soit 0,33 L :
msucre = concentration masse sucre x Vcoca-Cola
msucre= 61,05 x 0,38 = 23,199g
Un canette de Coca-Cola de 33 cL contient environ 5 morceaux de sucre.
On calcule la masse de sucre contenue dans 33 cL soit 0,33 L :
msucre = concentration masse sucre x Vcoca-Cola
msucre= 61,05 x 0,38 = 23,199g
23,199 / 5 = 4,6 morceaux de sucre
Nous allons maintenant réaliser l'expérience afin de trouver la concentration en masse de sucre dans le Coca Cola.
Voici le matériel nécessaire :
Voici le protocole :
Nous allons calculer la masse volumique du Coca-Cola, à l’aide de la courbe d’étalonnage, pour pouvoir trouver la concentration en masse de sucre. Pour commencer, mettre du Coca-Cola dégazé dans l’un des béchers. Peser le bécher vide à l’aide de la balance et noter sa masse. Se munir de la pipette jaugée et prélever 25 mL de Coca-Cola jusqu’à arriver au trait de jauge. Par la suite, verser le Coca-Cola dans le bécher vide pesé précédemment. Peser la solution et calculer sa masse en enlevant le poids du bécher à la masse de la solution. Enfin, calculer la masse volumique sachant que e= msolution/ Vsolution et que le volume de la solution est de 25 mL. Ensuite, répéter ce protocole autant de fois que nécessaire, en pensant bien à rincer la pipette à l’eau distillée et à sécher le matériel entre chacune des expériences. Utiliser une des valeurs de masse volumique sur la courbe d’étalonnage pour trouver la concentration en masse de sucre.
Résultats :
Avec l'aide de la courbe d'étalonnage et la masse volumique 1023,2g/L, nous réalisons les différents calculs :
J'utilise les formules :
f(x)= 0,3818 x + 1000
Cm = 61,05 g.L-1 soit 6,105g de sucre dans 25ml de coca.
Maintenant, nous pouvons comparer ce résultat à la valeur annoncée sur l’étiquette d’une bouteille de Coca-Cola : L’étiquette indique 7,2 g de sucre pour 100 mL, soit une concentration en masse de sucre de 72 g.L-1.
Nous trouvons une valeur inférieure à la concentration en masse de sucre sur l'étiquette ; 61,05 → 72
Nous ne retrouvons pas exactement la même valeur à cause des incertitudes sur les masses et sur les volumes.
CONCLUSION de la PARTIE 1
Avec les deux activités, nous avons découvert comment déterminer la concentration de sucre dans une boisson.
Nous avons aussi vu et approfondi nos connaissances sur ce qu’est la masse volumique d’une solution, la concentration en masse ainsi le dosage par étalonnage.
PARTIE 2 : Comment obtenir les différentes couleurs des m&m’s ?
A) CHROMATOGRAPHIE
Les colorants alimentaires sont largement utilisés dans notre quotidien, pour colorer les pâtisseries, les produits laitiers, les boissons, les confiseries, les excipients des médicaments, les charcuteries etc...
Il existe trois types de colorants alimentaires :
- les naturels (par exemple betterave, caramel)
- de synthèse fabriqués par l’industrie chimique mais qui existent à l’identique dans la nature,
- artificiels, c’est-à-dire produits par l’homme et qui n’ont pas d’équivalents dans la nature.
Ils sont ajoutés aux aliments essentiellement pour les raisons de compenser les pertes de couleur dues à l’exposition à la lumière, à l’air, à l’humidité et aux variations de température ou renforcer les couleurs naturelles ou ajouter de la couleur à des aliments qui, dans le cas contraire, n’auraient pas de couleur ou une couleur différente.
Mais comment retrouver et obtenir les différents colorants des m&m's ?
Pour répondre à la question posée, nous allons réaliser une chromatographie. Mais qu'est ce qu'une chromatographie?
Une chromatographie est l’identification des composés d’un mélange. Elle nous permettra ainsi de trouver et d’analyser les différentes couleurs que nous retrouvons dans un colorant.
Voici quelques questions :
Quel est le solvant utilisé pour extraire les colorants des m&m’s ?
Le solvant utilisé pour extraire les colorant est l’eau.
Pour la CCM (chromatographie sur couche mince) , quelle est la phase stationnaire et la phase mobile ?
La phase stationnaire est la silice et la phase mobile est l’éluant.
Quelle sont les avantages et inconvénients d’une CCM ?
Le principal intérêt de la CCM est l'identification et la séparation rapide des composés d'un mélange.
Son inconvénient est qu’elle ne permet pas le dosage d'un composé, l’analyse est juste qualitative et non quantitative.
Voici le protocole expérimental :
Voici les résultats que nous avons obtenu :
Grâce aux chromatographie, nous avons pu déduire que :
- La couleur bleue est obtenue à partir d’un seul colorant bleu.
- La couleur verte est obtenue à partir du mélange entre le colorant bleu et le jaune.
- La couleur jaune est obtenue à partir d’un seul colorant jaune.
- La couleur marron est obtenue à partir d’un mélange de colorant rouge et bleu.
- La couleur orange est obtenue à partir d’un seul colorant orange.
- La couleur rouge est obtenue à partir d’un mélange de colorant rouge et jaune.
La couleur bleue est obtenue à partir du colorant bleu E133.
La couleur verte est obtenue à partir du colorant bleu E133 et du colorant jaune E100.
La couleur jaune est obtenue à partir du colorant jaune E100.
La couleur rouge est obtenue à partir du colorant rouge E120 et du colorant jaune E100.
La couleur orange est obtenue à partir du colorant E160e.
La couleur marron est obtenue à partir du colorant rouge E120 et du colorant bleu E133.
E100 : La curcumine est un colorant naturel de couleur jaune extrait du curcuma .
E120 : L'acide carminique est un colorant naturel rouge obtenu extrait de l’insecte la cochenille.
E133 : Le Bleu brillant FCF est un colorant synthétique.
E160e : L'apocaroténal est un colorant orange de synthèse ou obtenu à partir d’épinard ou de Citrus.
Si vous voulez en savoir plus sur la chromatographie, voici un diaporama explicatif :
www.canva.com/design/DAFO14pbiyw/iU24GgZ9oIw5_qZqIQwLVg/view
Conclusion de la chromatographie sur couche mince :
La chromatographie sur couche mince nous a permis d'identifier les colorants qui sont des corps purs ou des mélanges.
B) SPECTPHOTOMETRIE
Maintenant, nous allons réaliser une spectrophotométrie afin de comprendre la couleur des solutions et réaliser le spectre d’absorption de deux colorants bleus de référence et celui du colorant bleu contenu dans les m&m’s de façon à l’identifier.
Tout d'abord, il faut savoir qu'en 1995, un référendum est organisé aux États-Unis et c’est à la suite d’un vote qui recueille 54 % des suffrages de 10 millions de votants que le bleu s’ajoute aux autres couleurs des m&m’s !
Au départ, la couleur bleue était obtenue avec l’additif E131 (bleu patenté V). Ce colorant alimentaire de synthèse qui a été interdit aux Etats-Unis, reste autorisé dans l’Union Européenne et donc autorisé en France.
L’additif E133 (bleu brillant FCF) a été interdit dans de nombreux pays européens avant d’être réintroduit par les Directives de l’U.E et donc autorisé en France. Ce colorant artificiel est très présent dans la "malbouffe" mais il est interdit dans le bio. Il est très répandu car il est bon marché, facile à produire et à incorporer dans l’alimentation. Aujourd’hui, c’est avec ce colorant qu’est obtenue la couleur bleue des m&m’s.
Pour ces deux additifs, la dose journalière admissible (DJA) a été réévaluée par l’Autorité Européenne de Sécurité des Aliments (EFSA) et fixée de 0 à 5 mg par kilogramme de masse corporelle par jour. Il faut limiter leur consommation car ils sont suspectés (comme pour la majorité des colorants pétrochimiques) de causer de l’hyperactivité chez l’enfant et d’être potentiellement allergène.
La couleur d’une solution dépend des espèces chimiques qu’elle contient. Pour qu’une une espèce chimique soit colorée, il faut qu’elle absorbe certaines radiations (les couleurs des lumières) du domaine du visible. Dans le cas contraire, elle sera incolore. Le spectre d’absorption d’une solution colorée (voir ci-dessous), indique quelles radiations (couleurs) sont absorbées par la solution. Ce sont ces radiations absorbées qui donnent sa couleur à la solution. La couleur observée sera la somme des radiations diffusées c’est à dire la couleur complémentaire de celle qui est absorbée (non diffusée). La couleur complémentaire est la couleur qui se trouve à l’opposé du cercle chromatique (voir ci-dessous) :
Voici quelques questions auxquelles nous avons répondu :
Calculer la dose journalière à ne pas dépasser pour ces deux colorants pour un consommateur de 60 kg.
Afin de trouver la solution, nous effectuons un produit en croix.
Pour 1 kg de masse corporelle par jour, la dose journalière est fixée de 0 à 5mg.
Nous calculons pour un consommateur de 60 kg, ce qui nous donne :
5mg → 1kg
5 x 60 = 300 mg
La dose journalière à ne pas dépasser pour ces deux colorants pour un consommateur de 60 kg est de 300 mg.
Quelle sera la couleur d’une solution qui n’absorbe pas de radiations dans le visible ?
La couleur d’une solution dépend des espèces chimiques qu’elle contient. Pour qu’une espèce chimique soit colorée, il faut qu’elle absorbe certaines radiations (les couleurs des lumières) du domaine du visible. Dans le cas contraire, elle sera incolore. Le spectre d’absorption d’une solution colorée indique quelles radiations colorées sont absorbées par la solution. Ce sont ces radiations absorbées qui donnent sa couleur à la solution. La couleur observée sera la somme des radiations diffusées c’est à dire la couleur complémentaire de celle qui est absorbée (non diffusée). La couleur complémentaire est la couleur qui se trouve à l’opposé du cercle chromatique.
Pourquoi ces deux colorants sont-ils bleus en solution ? Alors, sur leur spectre d’absorption, on attendra un maximum d’absorption autour de quelle longueur d’onde ?
Les colorants sont bleus en solution puisqu’ils absorbent la couleur rouge. Nous verrons sur leur spectre l’absorption maximale entre 625 et 765 nm.
Nous connaissons l’origine de la couleur bleue des m&m’s et sa dose journalière. Nous pouvons réaliser les spectres d’absorption et des couleurs des solutions.
Voici le matériel nécessaire :
Voici le protocole mis en place :
Nous allons réaliser le spectre d’absorption des colorants bleus de référence ainsi que celui contenu dans le m&m’s. Nous allons mesurer la longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée et, enfin, nous comparerons nos résultats afin d'identifier le colorant utilisé pour faire la couleur bleue des bonbons.
Tout d'abord, nous avons extrait le colorant bleu du m&m’s. Pour cela, nous avons utilisé une pipette pasteur qui nous a permis de mettre quelques gouttes d’eau dans un verre de montre qui nous a permis d'extraire le colorant du bonbon en le faisant rouler sur lui -même. Puis, nous avons intégré notre colorant obtenu dans une cuve. Nous avons ajouté de l’eau distillée jusqu’à atteindre le triangle d’arrêt. Nous avons réalisé cette étape pour chacun des colorants. Nous obtenons ensuite 3 solutions bleues.
Pour la calibration de l'appareil, Nous avons rempli une cuve avec de l’eau distillée, que nous avons placé dans l’appareil. Nous avons inséré l’opercule noir que nous avons enlevé peu de temps après. Ainsi, en cliquant sur calibrer, l’appareil acquiert le spectre de référence. Nous avons ensuite réalisé le spectre d’absorption des trois colorants.
Résultats :
Le graphique des résultats nous permet de dire que le colorant utilisé pour réaliser la couleur bleue des m&m’s est le colorant E133. En effet, nous pouvons lire sur le graphique que, pour le m&m’s la longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée, elle est située à 628,4 nm, pour le E133, elle se trouve à 627,8 nm et pour le E131 a 638,3 nm. Le spectre d’absorption du E133 possède la plus grande longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée vers 627,8 nm, cela est assez semblable à la valeur trouvée dans le spectre d'absorption du colorant du m&m’s. Ainsi, nous pouvons voir que pour ces deux colorants, elles sont assez similaires, contrairement à celle du E131.
CONCLUSION de la PARTIE 2
Avec ces deux expériences, nous avons appris à réaliser des chromatographies ainsi qu'une spectrophotométrie.
Ces deux activités nous ont aussi renseigné sur les différents colorants utilisés dans les bonbons qui ne sont pas forcément toujours bon pour la santé.
Lors des cours de ce premier trimestre en STL, nous avons appris et compris le rôle des additifs alimentaires. Nous avons calculé la concentration de sucre dans une boisson, le Coca-Cola. Nous avons également appris à identifier les colorants présents dans les m&m’s grâce à la chromatographie et nous avons trouvé quel colorant est utilisé pour faire la couleur bleue des m&m’s grâce à la spectrophotométrie.
Nous avons appris tout au long du trimestre que les additifs alimentaires ne sont pas toujours bons pour la santé et nous avons découvert leur face cachée.