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AUGE Emilie, BRUNNER Aude, MIRABAUD Aline, SOGUET Céline

4 élèves de 1^ière S₂ présentent, dans le thème de "l'eau", le sujet de T.P.E. :

Introduction
Observez ces 2 pots : la confiture n'est pas fluide alors qu'à température ambiante, l'eau devrait se trouver 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 l'agent gélifiant : pectine.

Nous avons donc émis l'hypothèse que la pectine s'associe avec l'eau pour donner l'aspect gélifiant qui caractérise la confiture.

Aussi, dans un premier temps, allons-nous vérifier expérimentalement :

I : L'effet de la pectine dans de l'eau :

Puis interpréter les résultats de cette expérience :

II : Les propriétés de la pectine expliquent son action sur l’eau

III : La gélification de l’eau grâce à la pectine :

I : L'effet de la pectine dans de l'eau :

A Protocole expérimental :

Les confitures ne se ressemblent pas. Certaines sont fluides , d'autres très compactes. La résistance d'un liquide à l'écoulement est appellé viscosité. Pour tester la viscosité d'un liquide, on peut laisser tomber un poids dans le liquide et calculer le temps que celui-ci va mettre pour atteindre le fond.

Pour réaliser cette expérience, nous avons beson du matériel suivant :
1. 4 éprouvettes graduées
2. Un chronomètre d'une précision
3. des poids de balance de Roberval
4. De l'eau avec des concentrations différentes en pectine :0,5gr/L, 1gr/L, 2gr/L

B Résultats de l'expérience :

Voir le transparent

II : Les propriétés de la pectine expliquent son action sur l'eau.

A Sa composition :

Le mot pectine vient du grec "pectos" qui signifie gelée.Ce sont des substances 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 structure de la pectine est une longue chaîne d'acide polygalacturonique partiellement substituée, avec des liaisons régulières avec des unités de L-rhamnose ce qui provoque une dérivation de l'ordre de 90° de l'axe de la chaîne pectique, conduisant les chaînes principales à se positionner sous la forme d'une hélice.

Les composés pectiques sont des polyosides hétérogènes de masse moléculaire élevée dont l'hydrolyse (découpage en présence d'eau) libère du galactose (2 oses attachés) + de l'arabinose + de l'acide galacturonique (ose+ alcool).

B Son degré de méthylation :

1) définition de la notion de méthylation

La méthylation correspond à l’esthérification d’une molécule de pectine –initialement composée des éléments précédemment cités- par un alcool : le méthanol (l’esthérification étant une réaction chimique entre un alcool et un acide organique avec formation d’un esther et élimination d’eau).

De façon générale, on a : R-OH + R-COOH + H2O R-COO-R’

Dans le cas particulier des pectines très méthylées, on a :

Méthanol + acide galacturonique + H2O acide pectique

Cette dernière réaction nécessite un catalyseur : l’enzyme pectolytique.

2) Ce degré de méthylation influence la gélification

On distingue les pectines selon leur degré d'estérification (les pectines hautement méthylées sont très solubles) : leurs propriétés gélifiantes dépendent de leur degré de méthylation (DM). Le degré de méthylation correspond, pour 100 fonctions -COOH, au nombre de -COOH estérifiées en -COOCH₃ par le méthanol.

Ce degré de méthylation est à la base de la classification des pectines :

- Acides pectiques = DM < 5%

- Pectines faiblement méthylées (LM, Low Methyl) = DM < 45-50 %

- Pectines hautement méthylées (HM, High Methyl) = DM > 50 %

3) Conséquences pour les confitures :

Pour avoir une confiture consistante il faut utiliser des fruits mûrs. En effet, la pectine est présente naturellement dans les fruits, en quantité variable selon les espèces et leur niveau de maturité. 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, les rendant gélifiables.

III) La gélification de l’eau grâce aux pectines :

A Les 2 modes de gélification :

La structure gélifiée confère à la confiture un réseau de molécules stables. Celui-ci n'apparaît pas facilement. On constate que suivant le degré de méthylation le processus de gélification de la confiture diffère.

B 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. Se forme alors un complexe qui emprisonne les molécules d’eau, ainsi figées, d’où l’ aspect en gelée.

C 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+).

Nous avons expérimenté pour vérifier l’importance du facteur de la température de l’eau dans la gélification : dans de l’eau initialement chaude, nous avons mis de la pectine en poudre. Il n’y a pas alors de gélification, la pectine stagne au fond du verre. Nous avons ensuite fait une expérience analogue en chauffant un gel né de l’association pectine-eau : le résultat est le même que le précédent (la pectine se désassocie de l’eau et stagne dans le fon,d du récipient).

Cela s’explique certainement 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.