Les additifs alimentaires
Dans ce blog, nous allons parler des additifs alimentaires.
Mais qu’est ce qu’un additif alimentaire ?
Un additif alimentaire est une substance ajoutée intentionnellement aux aliments pour exercer certaines fonctions technologiques spécifiques. On l’utilise, par exemple pour colorer, sucrer ou contribuer à la conservation des aliments. Les additifs alimentaires sont toujours inclus dans la liste des ingrédients des aliments auxquels ils sont ajoutés (on verra plus tard l’étiquette des m&m’s).
Dans un blog à part, nous avons étudié un additif particulier, le sucre, nous allons donc laisser de côté son domaine d’utilisation, sa fonction, les symboles associés et les dangers liés à son utilisation puisqu’ils font l’objet de l’étude de l’autre blog.
Aujourd’hui, nous allons nous intéresser à la concentration de sucre dans le Coca-Cola, pour cela, nous évoquerons le principe du dosage par étalonnage et réaliserons une courbe d’étalonnage. Mais ce n’est pas tout, nous parlerons du dosage du sucre dans le Coca-Cola, en effet, nous utiliserons la fonction de la courbe pour calculer la concentration en masse de sucre.
D’un autre côté, nous nous préoccuperons de la manière dont on obtient les différentes couleurs des m&m’s.
Plus spécifiquement, nous réaliserons une chromatographie sur couche mince pour identifier les colorants présents dans les m&m’s.
Ensuite, par spectrophotométrie, nous effectuerons le spectre d’absorption de deux colorants bleus de référence et celui du colorant bleu contenu dans les bonbons de façon à l’identifier.
PARTIE 1 : comment déterminer la concentration de sucre dans le Coca-Cola ?
La consommation de sodas et autres boissons rafraîchissantes ne cesse d’augmenter, provoquant une inquiétude chez les chirurgiens-dentistes et les médecins. En effet, manger des aliments trop riche en sucre, ça a des conséquences !
Ces boissons consommées régulièrement augmentent les risques de carie, d’obésité et de diabète, ceci dû à leur teneur en sucres, caféine et autres substances non identifiées.
Dans ces activités, on admettra que les additifs alimentaires sont présents en quantité largement plus faible que le sucre et que leur influence sur la masse volumique du Coca-Cola est négligeable.
Activité 2 - Dosage par étalonnage
Nous allons rappeler ce qu’est la masse volumique d’une solution, la concentration en masse d’un soluté et le dosage par étalonnage. Nous réaliserons une courbe d’étalonnage qui nous permettra de connaître la concentration en masse de sucre. Ainsi, sur celle-ci, apparaîtra la masse volumique, un des calculs que nous effectuerons avec nos résultats de l’expérience, qui précédera la mise en place de cette courbe.
1- a) La masse volumique d’une solution
La masse volumique d’une solution est une grandeur physique qui caractérise la masse de la solution par unité de volume de solution.
On la note généralement par les lettres grecques ρ (rhô).
Elle est déterminée par la formule :
avec ρ, masse volumique de la solution (en g⋅L−1) ; m, masse de la solution (en g) ; et V, volume de la solution (en L).
b) La concentration en masse d’un soluté
La concentration en masse d’un soluté est une grandeur physique qui caractérise la masse de soluté dissous par unité de volume de solution.
Elle est généralement notée par les lettres cm (concentration en masse) ou t (titre massique).
Elle est déterminée par la formule :
avec cm : concentration en masse du soluté ; msoluté, masse du soluté dissous et V, volume de la solution.
Ainsi, il est important de bien différencier ces deux grandeurs physiques.
L’une caractérise la masse de la solution par unité de volume de solution (masse volumique) tandis l’autre caractérise la masse de soluté dissous par unité de volume de solution (concentration en masse).
c) Principe du dosage par étalonnage
Il consiste à utiliser des solutions (appelées solutions étalons) 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.
Ainsi, lorsque la quantité de sucre augmente, la masse volumique d’une solution augmente elle aussi.
Effectivement, il existe une relation entre la masse volumique de la solution et sa concentration massique en sucre par exemple.
Cette relation se voit mise en place par une courbe d’étalonnage, sachant que nous obtenons une droite, cette relation existe bien.
Informations importantes
Il faut savoir que nous voulons doser le sucre, en l’occurrence le soluté, présent dans le Coca-Cola.
Nous savons que le Coca comporte des colorants, des arômes, des acidifiants, du sucre …
En effet, lors de cette expérience, nous assimilons cette boisson gazeuse à de l’eau sucrée.
Ainsi, nous allons utiliser des solutions d’eau sucrée (solutions étalons) pour réaliser la courbe d’étalonnage.
Les solutions étalons sont préparées par dilution d’une solution mère de concentration connue ou par dissolution d’une substance pure.
2- Réalisation de l’expérience
Pour réaliser cette expérience, nous avons utilisé le matériel suivant :
- deux coupelles de pesée
- une spatule
- quatre fioles jaugées de 100 mL
- un bécher de 50 mL
- une pipette pasteur
- un entonnoir
- une balance au 1/100ème
- une pissette d’eau distillée
- sucre en poudre
- un ordinateur ou une feuille de papier millimétré
Nous allons effectuer des mesures nous permettant de construire un tableau contenant la masse de sucre, la masse de la solution, la concentration en masse de sucre et la masse volumique de la solution.
Ce dernier nous servira de base pour réaliser une courbe d’étalonnage.
Tout d’abord, nous avons pesé une fiole jaugée de 100mL, vide et sèche, où nous avons noté la masse.
Ensuite, nous avons pesé la quantité voulue de sucre dans une coupelle de pesée en faisant la tare sur la balance.
Nous avons versé le contenu de la coupelle dans la fiole jaugée en s’aidant d’un entonnoir.
Nous avons pris soin d’entraîner tout le sucre avec de l’eau distillée et nous avons rincé la coupelle ainsi que l’entonnoir au-dessus de la fiole jaugée.
Nous avons par la suite ajouté de l’eau distillée dans le but de dissoudre le sucre, en faisant attention à ne remplir la fiole qu’à moitié dans le but de 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 cette même fiole et l’avons homogénéisé en la retournant plusieurs fois.
Enfin, nous avons pesé la fiole jaugée remplie et avons déduit la masse de la solution préparée.
Nous avons complété le tableau avec l’ensemble des résultats.
Le voici :
A l’aide de ce tableau, nous avons réalisé la courbe d’étalonnage illustrée ci-après.
Activité 3 - Dosage du sucre contenu dans le Coca-Cola
Nous allons parler des dangers des sucres ajoutés. Ensuite, nous réaliserons une expérience de façon à connaître la masse volumique de la solution de Coca-Cola. Désormais, en nous aidant de la courbe d’étalonnage, nous pourrons calculer la concentration en masse de sucre et la comparer à celle de l’étiquette présente sur la boisson.
1- a) Étiquette d’une bouteille de Coca-Cola
b) Les dangers des sucres ajoutés
Les sucres ajoutés sont présents dans de nombreux aliments, et parfois dans les produits les plus insoupçonnables. Il devient ainsi très facile d’en consommer en grande quantité, ce qui est nocif pour la santé. On sait qu’une consommation excessive de sucres possède des conséquences.
Effectivement, elle peut mener à l’obésité, à une maladie augmentant le risque de diabète de type 2, aux maladies cardiovasculaires comme l’AVC ou l’infarctus du myocarde et au cancer.
On appelle « sucres ajoutés » (en anglais : added sugars) 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. On peut trouver des sucres ajoutés dans les boissons sucrées (soda, thé froid, cafés notamment froids), sauces (ex. tomate), yaourts, desserts, céréales de petit-déjeuner, bonbons, chocolats, friandises, etc.
L’OMS recommande actuellement une dose maximale de 6 cuillères à café de sucres ajoutés 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.
Cette masse de sucres ajoutés à ne pas dépasser par jour équivaut à un volume de Coca-Cola d’environ 0,33L soit
330 mL.
En effet, pour calculer à quel volume de Coca correspond 25g de sucres ajoutés (valeur illustrée au-dessus), en sachant que nous connaissons la formule ρ=m/ V, nous effectuons le calcul suivant :
Soit VCoca-Cola = Masse du sucre / Cm
= 25/ 75,3= 0,33L
( 75,3 g.L-1 sera trouvé plus loin, lors de l’expérience).
Cela correspond à un volume de Coca d’environ 0,33L= 330mL.
C ) Mais alors, sachant qu’un morceau de sucre a une masse d’environ 5,0 g, quel est le nombre équivalent de morceaux de sucres que contient une canette de Coca-Cola de 33 cL ?
On calcule la masse de sucre contenue dans 33 cL soit 0,33L.
Masse du sucre = Cm du sucre x VCoca-Cola
Masse du sucre = 75,3 x 0,33 = 24,849 g
24,849 / 5 = 4,9698 soit environ 5 morceaux de sucre
Donc, une canette de Coca-Cola de 33 cL contient environ 5 morceaux de sucre.
2- Réalisation de l’expérience
Pour réaliser l’expérience, nous disposons du matériel suivant :
- deux béchers de 50 mL
- une pipette jaugée de 25 mL et une propipette
- une balance au 1/100ème
- une pissette d’eau distillée
- du Coca-Cola dégazé
- la courbe d’étalonnage obtenue à partir de l’activité précédente.
Nous allons calculer la masse volumique du Coca-Cola, ainsi, à l’aide de la courbe d’étalonnage, nous pourrons trouver la concentration en masse de sucre.
Voici le protocole :
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.
Voici le tableau comportant l’ensemble de nos résultats :
En utilisant la courbe d’étalonnage et la masse volumique 1025,2 g/L, on obtient une concentration en masse de sucre de 75,3 g.L-1.
En effet, en utilisant la fonction f(x)= 0,3996 x + 995,1, nous obtenons :
Cm= (1025,2-995,1)/ 0,3996
Cm= 75,3 g.L-1.
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 pouvons voir que nous trouvons à peu près la même concentration en masse de sucre à l’aide de notre expérience (→ 75,3 g.L-1) que celle affichée sur l’étiquette (→ 72 g.L-1).
Effectivement, nous ne retrouvons pas exactement la même valeur à cause des incertitudes sur les masses et sur les volumes.
Conclusion des deux activités
A travers ces deux activités, nous avons vu ce qu’est la masse volumique d’une solution, la concentration en masse d’un soluté et le dosage par étalonnage.
Nous avons approfondi nos connaissances en nous intéressant aux dangers des sucres ajoutés, tout en calculant à quel volume de Coca-Cola correspond la masse de sucre ajouté à consommer par jour et combien de morceaux de sucre contient une canette de Coca-Cola de 33 cL.
Nous avons réalisé deux expériences, une pour obtenir une courbe d’étalonnage à l’aide de solution d’eau sucrée, et l’autre pour calculer la masse volumique du Coca-Cola, et ainsi, trouver la concentration en masse de sucre. Cette dernière équivaut donc à 75,3 g.L-1.
PARTIE 2 : Comment obtenir les différentes couleurs des m&m’s ?
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. .
En effet, il existe trois types de colorants alimentaires :
-les naturels (par exemple betterave, caramel),
-les colorants de synthèse fabriqués par l’industrie chimique mais qui existent à l’identique dans la nature,
-les colorants artificiels, c’est-à-dire produits par l’homme et qui n’ont pas d’équivalent dans la nature.
Ils sont ajoutés aux aliments essentiellement pour les raisons suivantes :
-compenser les pertes de couleur dues à l’exposition à la lumière, à l’air, à l’humidité et aux variations de température,
-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.
Nous allons nous intéresser aux colorants utilisés pour obtenir les différentes couleurs des m&m’s en réalisant une chromatographie sur couche mince, puis, par la suite, nous allons identifier le colorant bleu de ces bonbons par spectrophotométrie à l’aide du spectre d’absorption.
Activité 1 - Quels colorants utilise-t-on pour obtenir les différentes couleurs des m&m’s?
Nous allons nous intéresser aux différents colorants qui entraînent les diverses couleurs des m&m’s, et, ainsi, connaître ceux qui sont utilisés dans ces sucreries que l’on aime tant.
Tout d’abord, nous allons rappeler ce qu’est une chromatographie sur couche mince puis nous allons parler des colorants alimentaires.
Par la suite, nous réaliserons une expérience pour identifier ces colorants. Nous utiliserons pour cela l’étiquette des m&m’s.
1- a) La chromatographie sur couche mince
La chromatographie sur couche mince s’effectue généralement sur une fine couche de silice (phase stationnaire) déposée sur un support. Le mélange à étudier est ensuite posé à l’aide d’un capillaire à environ 1 cm du bord puis placé dans une cuve contenant l’éluant (phase mobile). L’éluant migre sur la plaque de silice par capillarité et entraîne les composés du mélange étudié. Si les vitesses de migration des composés sont différentes, ils seront séparés.
Le principal intérêt de la CCM est l’identification rapide des composés d’un mélange.
Effectivement, chacune des espèces chimiques s’élève à une hauteur particulière, ainsi, c’est en comparant
la position de leur tâches avec celle obtenue avec une substance témoin que nous allons pouvoir les déterminer.
En contrepartie, l’analyse est uniquement qualitative et ne permet pas le dosage d’un composé. Assurément, la CCM ne nous renseigne en aucun cas sur la concentration des produits détectés, elle peut également être influencée et faussée par les conditions environnementales et le taux d’humidité dans le milieu où nous la réalisons.
Voici un schéma de principe :
Mais alors, quel est le solvant utilisé pour extraire les colorants des m&m’s ? Quelle est la phase stationnaire et la phase mobile ?
Pour extraire les colorants des m&m’s, nous avons utilisé de l’eau distillée (solvant).
Dans cette CCM, on évoque deux phases, la phase stationnaire et la phase mobile. La phase stationnaire est le solide. Le support ; le gel de silice, joue le rôle d’absorbant. La phase mobile est l’éluant.
b) Les colorants alimentaires
Nous savons que les colorants alimentaires sont tous affectés d’un numéro E1xx. Le second chiffre classe les colorants par leur couleur et le troisième chiffre identifie le colorant.
Les voici : Jaune : E10x / Orange : E11x / Rouge : E12x / Bleu : E13x / Vert : E14x / Brun/Noir : E15x / Divers : E16x / Brillance : E17x .
c) Étiquette des m&m’s
2- Expérience permettant d’identifier les colorants
Pour réaliser cette expérience, nous avons besoin du matériel suivant :
- Six verres de montre
- Deux cuves à chromatographie
- Deux plaques à chromatographie adaptées à la cuve
- Six cure-dents ou capillaires
- Un sèche-cheveux
- Une pissette d’eau distillée
- Un petit bécher avec une pipette pasteur
- Une éprouvette graduée de 10 mL
- 20 mL d’éluant 1 (80 % eau salée à 40g/L / 20 % d’éthanol)
- 20 mL d’éluant 2 (20 % eau salée à 40g/L / 80 % d’éthanol)
- Un m&m’s de chaque couleur
Nous allons réaliser une chromatographie sur couche mince de manière à savoir si les colorants sont des colorants seuls ou s’il s’agit d’un mélange de colorants. Mais aussi, connaître à partir de quel(s) colorant(s) leur couleur est obtenue. Et enfin, identifier ces colorants et trouver leur toxicité.
Réalisation de la CCM
Tout d’abord, nous avons extrait les colorants des m&m’s, pour cela, nous avons placé les bonbons dans les verres de montre sur lesquels nous avons mis 4 gouttes d’eau.
Nous les avons fait rouler sur eux-même afin de dissoudre le colorant, en prenant soin de ne pas atteindre le chocolat.
Par la suite, nous avons préparé la cuve à chromatographie, nous avons mis 10 mL d’éluant à l’intérieur de celle-ci et avons répété cette étape avec un autre éluant, différent du premier.
Nous avons ensuite préparé les plaques à chromatographie, cette préparation consistait à tracer une ligne de dépôt au crayon, ainsi que trois croix où l’on a déposé, à l’aide de cure-dents, les couleurs correspondantes.
Chaque groupe a mis en œuvre trois extractions de colorants, qu’il a échangé avec un autre groupe, dans le but de faire simplement trois extractions, mais de pouvoir faire l’expérience sur les six couleurs prévues.
Enfin, nous avons placé nos plaques dans les deux éluants différents et avons observé les résultats ci-dessous.
Eluant 1 Eluant 2
Lorsque les éluants eurent atteint les bords supérieurs des deux plaques, à environ 1 cm, nous avons sorti les deux chromatogrammes (→ Un chromatogramme est le résultat obtenu sur la plaque) puis les avons séché afin de pouvoir observer la décomposition des colorants.
Eluant 1 Eluant 2
3- Interprétation de l’expérience
Par le biais de notre expérience, nous avons pu connaître les différents colorants alimentaires présents dans les m&m’s.
En premier temps, nous avons vu que les m&m’s de couleur rouge, marron et verte sont obtenus à partir d’un mélange de colorants, ce sont donc des mélanges, en effet, un mélange contient au moins deux espèces chimiques.
Pour ceux de couleur orange, bleue, jaune et le E102, ils sont obtenus à partir d’un unique colorant, ce sont donc des corps pur, effectivement, un corps pur est composé d’un seul constituant ou espèce chimique.
En second temps, nous avons observé les décompositions obtenues et avons pu en déduire à partir de quels colorants la couleur de chaque m&m’s est obtenue.
Voici les couleurs des m&m’s obtenues à partir d’un mélange de colorants :
- le rouge à partir des colorants jaune E100 et rouge E120,
- le marron à partir des colorants rouge E120 et bleu E133,
- le vert à partir des colorants jaune E100 et bleu E133.
Celles obtenues à partir d’un seul colorant sont :
- l’orange à partir du colorant orange E160e,
- le bleu à partir du colorant bleu E133,
- le jaune à partir du colorant jaune E100,
- le E102 à partir d’un colorant jaune E100.
A partir de ces colorants, nous avons réalisé des recherches afin d’avoir une vision sur leur dangerosité, ainsi que leur origine.
Nous avons vu que la plupart d’entre eux sont « naturels », comme la « curcumine » (jaune) ou encore « l’acide carminique » (rouge).
Néanmoins, ce n’est pas pour autant que ces bonbons ne contiennent pas de colorants autre que ceux vu au-dessus.
Évidemment, ils sont également constitués de ceux dits « synthétique » ou « artificiel », tels que le
« bleu brillant FCF » (bleu) ou « l’apocaroténal » (orange).
Enfin, il est important de préciser que nous devons nous méfier du « dioxyde de titane », à voir les explications plus loin.
Ainsi, vous comprenez que ces friandises sont peut être excellente mais pas sans risque si vous en abusez !
4- Pour aller plus loin
Nous allons vous montrer comment identifier ces colorants et vous informer sur les DJA (Dose Journalière Admissible) de chacun.
Pour les identifier, nous devons savoir à quelle catégorie ils appartiennent, exemple E10x, puis
regarder sur l’étiquette des m&m’s à quel numéro ils correspondent, enfin, nous pouvons trouver en réalisant des recherches les noms des colorants, s’ils sont artificiels, synthétiques ou naturels et connaître leur DJA.
Nous allons effectuer cette démarche sur deux des colorants, le jaune et le bleu.
Nous pouvons voir que le colorant jaune fait parti de la catégorie des E10x, on peut s’apercevoir que sur l’étiquette des m&m’s, le E100 apparaît, ainsi, celui-ci se nomme la « curcumine », un colorant naturel, extrait du curcuma, avec une DJA de 0 - 3 mg/kg.
Le colorant bleu fait parti de la catégorie des E13x, on peut s’apercevoir que le E133 est inscrit, par
conséquent, celui-ci est le « bleu brillant FCF », un colorant synthétique, interdit dans plusieurs pays dont la France mais qui est de nouveau autorisé, avec une DJA de 6 mg/kg.
En répétant ce procédé, nous trouvons :
- le colorant de brillance E171 « le dioxyde de titane », nous ne savons pas à quelle catégorie il appartient, de plus, il est dit que « les experts de l'EFSA ne considèrent plus le dioxyde de titane comme sûr lorsqu'il est utilisé en tant qu’additif alimentaire. Cela signifie par conséquent qu'aucune dose journalière admissible ne peut être établie pour le E171 »,
- le colorant divers, orange, E160e « apocaroténal », colorant orange de synthèse ou obtenu à partir
d’épinard ou de Citrus, avec une DJA de 0 - 0,05 mg/kg,
- le colorant rouge E120 « acide carminique », un colorant naturel, extrait de la cochenille, avec une DJA de 5 mg/kg.
Conclusion
A travers cette activité, nous nous sommes intéressées aux colorants utilisés pour obtenir les différentes couleurs des m&m’s. Pour cela, nous avons effectué une expérience, en l’occurrence, une chromatographie sur couche mince. Cette dernière nous a permis d’identifier ces colorants, de savoir si ce sont des corps pur ou des mélanges, et même de connaître leur toxicité et leur DJA.
Activité 2- Identification du colorant bleu des m&m’s par spectrophotométrie
Nous allons essayer 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.
1- a) Origine de la couleur bleue des m&m’s
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 États-Unis, en Australie ou encore au Canada, 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.
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.
Ainsi, au départ, la couleur bleue des m&m’s était obtenue avec le colorant E131 puisqu’il était le seul colorant alimentaire de synthèse bleu autorisé dans l’Union Européenne. En effet, le E133 était interdit dans de nombreux pays européens.
La couleur bleue des m&m’s est obtenue aujourd’hui avec le colorant E133 puisqu’il est bon marché, facile à produire et à incorporer dans l’alimentation.
Bon d’accord, mais alors, quelle est la dose journalière à ne pas dépasser pour ces deux colorants pour un consommateur de 60 kg ?
C’est simple, pour la connaître, nous pouvons effectuer un produit en croix.
Nous savons que pour 1 kg de masse corporelle par jour, la dose journalière est fixée de 0 à 5mg.
Ici, nous avons un consommateur de 60 kg, ce qui nous donne :
5mg → 1kg ? = 5 x 60 = 300 mg
? → 60 kg
Donc, la dose journalière à ne pas dépasser pour ces deux colorants pour un consommateur de 60 kg est de 300 mg.
Bon, maintenant que nous connaissons l’origine de la couleur bleue des m&m’s et que nous nous sommes intéressées au principe de la dose journalière, nous pouvons nous préoccuper des spectres d’absorption et des couleurs des solutions.
b) Spectre d’absorption et couleur des solutions
Nous savons que 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 (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).
De plus, nous connaissons le spectre de la lumière visible, le voici :
Les radiations au-dessous de 400 nm sont appelées radiations ultra-violettes (UV), celles au-dessus de 800 nm se nomment radiations infra-rouges (IR).
Désormais, après avoir résumé les informations importantes, nous pouvons répondre à certaines questions.
Tout d’abord, quelle sera la couleur d’une solution qui n’absorbe pas de radiations dans le visible ?
Cette solution sera incolore.
Nous pouvons également nous demander, 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 ?
En effet, ces deux colorants sont bleus en solution puisqu’ils absorbent la couleur rouge. Ainsi, sur leur spectre d’absorption, on attendra un maximum d’absorption entre 625 et 765 nm.
2- Expérience permettant d’expliquer la couleur de la solution
Pour réaliser cette expérience, nous avons besoin du matériel suivant :
- 250 mL d’une solution de sulfate de cuivre
- un laser rouge
- un laser vert
- un écran blanc
Nous disposons d’une solution de couleur cyan, ainsi, à l’aide du cercle chromatique, nous comprenons que cette dernière doit absorber la couleur rouge et laisser passer le reste des couleurs, ici, le vert.
Pour en être certain, nous allons mettre en œuvre une expérience.
En premier temps, nous devons placer les lasers verts et rouges en face d’un écran blanc.
En second temps, nous devons disposer la solution entre les deux lasers et l’écran blanc.
Enfin, nous pouvons regarder l’intensité des couleurs.
Nous nous apercevons que le rouge a rétréci, d’un autre côté, le vert s’est agrandi.
Effectivement, la solution a bien absorbé le rouge et laissé passer le vert.
Donc, maintenant, nous comprenons la couleur de cette solution.
3- Expérience pour identifier le colorant utilisé pour faire la couleur bleue
Pour réaliser cette expérience, nous avons besoin du matériel suivant :
- colorant E131
- colorant E133
- trois verres de montre
- un spectrophotomètre pour spectres d’absorption
- 4 cuves
- trois pipettes pasteurs
- une pissette d’eau distillée
- un m&m’s bleu
Nous allons réaliser le spectre d’absorption des deux colorants bleus de référence ainsi que celui contenu dans le m&m’s. Ainsi, nous mesurerons la longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée et, enfin, nous identifierons le colorant utilisé pour faire la couleur bleue des bonbons.
En premier lieu, nous avons extrait le colorant bleu du m&m’s.
Pour cela, nous avons utilisé une pipette pasteur qui nous a permis de mettre 4 gouttes d’eau dans un verre de montre. Sur celui-ci, nous avons placé le bonbon.
Nous l’avons fait rouler sur lui-même de façon à dissoudre le colorant, en prenant soin de ne pas atteindre le chocolat.
Par la suite, nous avons intégré notre colorant obtenu dans une cuve. Nous avons ajouté de l’eau distillée jusqu’à atteindre le triangle d’arrêt.
En second lieu, nous avons récupéré, toujours à l’aide d’une pipette pasteur, le colorant E131.
Nous l’avons mis dans un verre de montre puis dans une cuve.
Cela permet de pouvoir doser la quantité de colorant, pour que la solution préparée soit relativement claire.
Enfin, nous avons ajouté, comme précédemment, de l’eau distillée.
Nous avons répété cette étape pour le colorant E133.
Voici un schéma représentatif de la composition d’une cuve :
Maintenant, nous pouvons passer à la calibration du spectrophotomètre.
Pour cela, 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.
Après cette étape, nous avons réalisé le spectre d’absorption des trois colorants.
Tout d’abord, nous avons placé la cuve contenant le colorant du m&m’s dans l’appareil et avons effectué son spectre d’absorption (voir courbe verte).
Ensuite, nous avons accompli les spectres d’absorption des deux autres colorants,voir la courbe bleue pour le E131 et la courbe rouge pour le E133.
Nous avons obtenu le résultat suivant :
Sur ce graphique, nous pouvons lire que, pour le bonbon, la longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée est située à 628,2 nm.
Pour le E133, elle se trouve à 627,5 nm et pour le E131 a 637,7 nm.
A présent, nous devons observer les trois spectres de façon à savoir quel colorant est utilisé pour faire la couleur des m&m’s.
En les regardant, nous nous apercevons que le spectre d’absorption du E133 possède la plus grande longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée vers 627,5 nm.
Dans le spectre d’absorption du colorant du m&m’s, la plus grande longueur d’onde pour laquelle la lumière est la plus absorbée se trouve vers 628,2 nm. Ainsi, nous pouvons voir que pour ces deux colorants, elles sont assez similaire, contrairement à celle du E131 qui se situe vers 637,7 nm.
On en déduit donc que le colorant utilisé pour faire la couleur bleue des bonbons est le E133.
Conclusion
A travers cette activité, nous avons pu nous intéresser à la couleur bleue des m&m’s, c’est-à-dire, à son origine. Mais nous sommes allées plus loin en nous questionnant sur une dose journalière précise.
Nous avons approfondi nos connaissances en nous préoccupant du spectre d’absorption d’une solution et en nous demandant de quelle façon nous pouvons expliquer sa couleur.
Enfin, nous avons réalisé deux expériences, une sur l’explication de la couleur d’une solution et l’autre sur l’identification du colorant utilisé pour faire la couleur bleue.
Nous avons clôturé cette étude en concluant que le colorant utilisé pour la couleur bleue des m&m’s est le E133.
Conclusion générale
Par ces quatre activités, nous avons pu comprendre ce que sont les additifs alimentaires, et surtout, ce qu’est le sucre. Nous l’avons dosé dans une boisson connue, le Coca-Cola. Nous avons également identifié les colorants présents dans les m&m’s, de façon à connaître leur toxicité. Nous avons fini par trouver quel colorant est utilisé pour faire la couleur bleue des m&m’s.
Ainsi, nous avons réussi à connaître la face cachée de ces additifs alimentaires.