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Pourquoi la confiture ne coule-t-elle pas ?

dimanche 7 août 2011 par Joëlle Mirabaud

TPE en S, par AUGE Emilie, BRUNNER Aude, MIRABAUD Aline, SOGUET Céline.

Sommaire :
Introduction
I : la pectine et son évolution dans le fruit
II : L’effet gélifiant de la pectine
Conclusion
Bibliographie

Introduction
La confiture n’est pas fluide à température ambiante, alors que l’eau est à l’état liquide. Comment les molécules composant la confiture s’associent-elles entre elles pour donner cette consistance de gel ?
En observant la liste des ingrédients sur divers pots de confiture de fruits variés, nous avons remarqué la présence de pectine, nommée agent gélifiant.
En étudiant les recettes de fabrication de confitures, nous avons observé que :
- "utiliser des fruits moyennement mûrs donne une confiture mieux gélifiée, si les fruits sont très mûrs, ajouter un peu de pectine ou un peu de pommes" ce qui nous indique qu’il y a plus de gélifiant dans un fruit moyennement mûr que dans un fruit vert ou très mûr !
- "Peser les fruits et ajouter leur poids en sucre" car la confiture est acide, ce que l’on compense en ajoutant du sucre pour être agréable à la langue !
- "La cuisson peut se prolonger jusqu’à une heure ou plus" car cela dépend de la quantité d’eau contenue dans les fruits, on vérifie le degré de cuisson en laissant tomber une goutte de confiture sur une assiette froide : si la goutte fige, la confiture est prête. Sinon, il faut la remettre à cuire.

Nous nous sommes trouvées avec ces points d’interrogation :
l’évolution de la pectine dans le fruit, le rôle de l’acidité, du sucre, de la température et de la proportion d’eau par rapport à la pectine dans la fabrication de confiture.

Nous avons alors fait des recherches documentaires puis une expérimentation pour y répondre.

I. L’évolution de la pectine dans le fruit :
Maturation du fruit :
Avant maturation le fruit est composé de pectose, cette forme est physiologiquement inactive car la pectine est liée chimiquement à la cellulose ce qui l’empêche de se gélifier. Cependant, au cours de la maturation, l’hydrolyse de pectose par l’enzyme pectase casse les liaisons et libère les pectines.

Description de la molécule de pectine :
Le mot pectine vient du grec "pectos" qui signifie gelée. Ce sont des molécules exclusivement d’origine végétale. Les agrumes, les carottes, les tomates, les pommes, les framboises sont riches en pectines.
La pectine est un constituant biochimique majeur des parois cellulaires du fruit, c’est elle qui lui confère sa tenue et caractérise sa texture.
La pectine est un polysaccharide, formé d’une chaine linéaire d’acide galacturonique.
La méthylation correspond à l’esthérification d’une molécule de pectine par un alcool : le méthanol (l’esthérification est une réaction chimique entre un alcool et un acide organique avec formation d’un esther et élimination d’eau). Cette méthylation est d’autant plus importante que le fruit est mûr.

II : L’effet gélifiant de la pectine :
A. Testons l’effet de la concentration :
Protocole : La résistance d’un liquide à l’écoulement est appellé viscosité. Pour tester la viscosité d’un liquide, on peut laisser tomber une bille dans le liquide et mesurer le temps que celui-ci va mettre pour atteindre le fond.
Après une phase de mouvement accéléré, lla bille a un mouvement rectiligne uniforme car le poids P de la bille est égal à la somme de la poussée d’Archimède FA et de la force de frottement FR (donnée par la formule de Stokes) :

Pour réaliser cette expérience, nous avons d’abord dû gélifier de l’eau hors dans de l’eau froide, la pectine en poudre ne gélifie, la pectine sédimente au fond du verre. Nous avons ensuite fait une expérience analogue en chauffant l’eau, même résultat. Nous avons alors ajouté du sucre : le gel apparait dans une eau entre 40 et 60°C.

Matériel utilisé :
- 4 éprouvettes graduées
- Un chronomètre
- des poids de balance de Roberval
- 4 fois 100ml d’eau gélifiée avec de la pectine du commerce, eau contenant des concentrations différentes en gramme par litre :

tube n° 1 2 3 4 5 6 7
pectine 0 0 1 1 1 2 2
sucre 0 50 0 25 50 25 50

Résultats de l’expérience : voir le transparent

B. Interprétation :
Plus il y a de pectine plus le gel est ferme (à condition qu’il y ait du sucre). Le gel est un liquide emprisonné dans un réseau de molécules.
Selon de degré de mûrissement du fruit, la pectine est plus ou moins méthylée. La méthylation correspond à l’esthérification d’une molécule de pectine par un alcool : le méthanol (l’esthérification est une réaction chimique entre un alcool et un acide organique avec formation d’un esther et élimination d’eau).
Ce degré de méthylation influence la gélification. Selon la proportion de monomères méthylés ou non, la chaîne est plus ou moins acide. Lorsque deux portions de chaînes sont constituées d’acide galacturonique non méthylé, elles peuvent se lier et les pectines forment alors un réseau complexe qui emprisonne les molécules d’eau dans ses maillesl.

Le sucre s’accroche sur les longues chaînes de pectine. La chaine d’acide polygalacturonique est partiellement substituée, formant des liaisons régulières avec des sucres.

C. Il existe donc 2 modes de gélification :
- Association des pectines peu méthylées :
Une pectine peu méthylée conserve ses atomes d’hydrogène car l’acide galacturonique la composant n’a pas été totalement esthérifié par le méthanol. Néanmoins, la molécule est ionisée en milieu aqueux.
Deux molécules ioniques de pectines s’associent alors avec un ion calcium Ca2+ présent dans l’eau froide par attirance des charges électroniques contraires. Se forme alors un complexe qui emprisonne les molécules d’eau, ainsi figées, d’où l’ aspect en gelée.
- Association des pectines très méthylées :
Une pectine peu méthylée conserve ses atomes d’hydrogène car l’acide galacturonique la composant n’a pas été totalement esthérifié par le méthanol (dans l’autre cas il se forme des protons H+). Cela s’explique par la disparition des ions calcium Ca2+ qui " récupèrent ", à haute température, leurs deux électrons en défaut (ainsi peut être que la pectine qui redevient une molécule électriquement neutre) ; il se forme alors des atomes de calcium : du calcium solide (calcaire).
L’association des pectines faiblement méthylées avec l’eau est donc impossible à haute température.

Conclusion
S’il y a beaucoup d’eau le gel reste fluide. Moins il y a d’eau plus la confiture est compacte. En conséquence, pour avoir une confiture consistante, il faut utiliser des fruits mûrs mais pas trop. En effet, la pectine est présente naturellement dans les fruits, en quantité variable selon les espèces et leur niveau de maturité.
En résumé, la pectine :
- méthylée à moins de 50% gélifie à pH=3,5 ou moins, 55% d’eau ou plus, des liaisons hydrogènes lient les fonctions acides ou hydroxyl de 2 chaînes voisines.
- méthylée à plus de 50% gélifie à pH = 1 à 7 ou plus, 0 à 85% d’eau, le calcium est indispensable avec Ca2+ qui lie 2 fonctions acides de 2 chaînes voisines selon le modèle de la boite à œuf. Les figues et les agrumes contiennent du calcium aussi peut-on en ajouter dans la confiture.

Bibliographie
- http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/paroi/pectines.htm


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