Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre comment effectuer des tests chimiques sur les aliments pour déterminer la présence de sucres, d’amidon, de protéines et de graisses.
Notre corps, et celui de tout être vivant, est entièrement composé de molécules biologiques. Les principaux groupes de molécules biologiques dont les organismes vivants ont besoin sont les glucides pour une source d’énergie, les protéines pour la croissance et la réparation, et les lipides pour l’isolation, le stockage de l’énergie et la fabrication des membranes. En tant qu’êtres humains, nous obtenons nos éléments nutritifs de la nourriture que nous mangeons. D’autres organismes, tels que les plantes et certaines bactéries, fabriquent leur propre nourriture.
Définition: Molécules biologiques
Les molécules biologiques sont des substances produites par les cellules et les organismes vivants.
Les molécules biologiques sont généralement des polymères, un terme désignant globalement une molécule à chaîne longue. Ces molécules sont constituées d’une chaîne de molécules plus petites appelées des monomères reliées entre elles par des liaisons chimiques. Nous commencerons par déterminer les plus petites unités qui composent les glucides, les protéines et les lipides.
Définition: Monomère
Un monomère est une petite sous-unité moléculaire qui se lie avec d’autres monomères pour former un polymère.
Définition: Polymère
Un polymère est une grande molécule composée de plusieurs sous-unités répétées appelées monomères.
Comme le montre la figure 1, les polymères glucidiques sont de longues chaînes de simples monomères de sucre. L’amidon est un exemple de polymère glucidique composé de nombreuses molécules de glucose assemblées. Le pain est plein d’amidon, et le goût plus sucré qui survient lorsque vous le mâchez s’explique par le fait que les molécules d’amidon se décomposent en monomères de glucose plus sucrés par des enzymes dans votre salive.
Les protéines sont des polymères composés d’une chaîne de différents monomères d’acides aminés liés entre eux. Il y a environ 20 acides aminés standards qui composent les protéines dans le corps humain, et ils peuvent être arrangés selon différentes combinaisons pour former une multitude de différents polymères de protéine.
Les lipides, parfois simplement appelés des graisses, sont des macromolécules biologiques constituées de sous-unités de glycérol et d’acides gras. Un exemple typique de lipide est la molécule triglycéride illustrée dans la figure 1, qui consiste en une molécule de glycérol et trois « queues » d’acides gras. Tout comme les glucides et les protéines, il existe de nombreux lipides ayant différentes compositions de glycérol et d’acides gras. Les graisses sont une sous-division des lipides qui sont à l’état solide à température ambiante, et les huiles constituent une autre sous-division qui sont à l’état liquide à température ambiante.
Comme notre corps a besoin de ces molécules biologiques dans des proportions adéquates pour rester en bonne santé, il est important de connaître les molécules spécifiquement contenues dans la nourriture que nous mangeons et la quantité d’énergie qu’elles nous fournissent.
Exemple 1: Décrire la composition des molécules biologiques
Complétez les affirmations suivantes en décrivant correctement la composition des molécules biologiques.
- Une protéine est composée de nombreux monomères appelés .
- De nombreuses molécules de sucre, comme le glucose, s’associent pour former .
- Une molécule lipidique typique est formée d’un et de trois acides gras.
Réponse
Les molécules biologiques sont des molécules à longue chaîne constituées de sous-unités plus petites liées entre elles. Puisque les sous-unités d’une macromolécule sont des versions répétées d’une même petite molécule, on les appelle des monomères, et la macromolécule est appelée un polymère.
Partie 1
Les protéines sont des polymères composés d’une série de différents monomères d’acides aminés liés entre eux. Il y a environ 20 acides aminés standards qui composent les protéines dans le corps humain, qui peuvent être liés entre eux dans diverses combinaisons pour produire différentes protéines. Vous pouvez voir un petit fragment d’une molécule protéique composée de différentes sous-unités d’acides aminés dans le diagramme ci-dessous.
Par conséquent, une protéine est constituée de nombreux monomères appelés des acides aminés.
Partie 2
Les polymères glucidiques sont de longues chaînes de monomères de sucres simples répétés et liés entre eux. Par exemple, comme présenté dans le diagramme ci-dessous, lorsque plusieurs molécules de glucose sont liées entre elles, elles forment une macromolécule appelée l’amidon.
Par conséquent, de nombreuses molécules de sucre, comme le glucose, s’associent pour former un glucide.
Partie 3
Les lipides, parfois appelés des graisses, sont des macromolécules biologiques constituées de sous-unités de glycérol et d’acides gras. Puisque les lipides ne sont pas faits des mêmes sous-unités répétées, ils ne peuvent techniquement pas être appelés un polymère. Un exemple de lipide est une molécule de triglycéride, qui se compose d’une molécule de glycérol et de trois « queues » d’acides gras.
Par conséquent, une molécule lipidique basique est formée d’un glycérol et de trois acides gras.
Les scientifiques ont développé des tests alimentaires qui identifient les molécules présentes dans différents aliments. Ils agissent en ajoutant un produit chimique spécifique à l’échantillon alimentaire et en produisant un changement de couleur qui confirme la présence de chaque molécule biologique particulière. Ce changement de couleur, ou une autre observation similaire indiquant qu’une molécule est contenue dans l’aliment, donne un résultat positif. Un résultat négatif se produit lorqu’aucun changement n’est observé, et cela signifie que la molécule biologique n’est pas présente dans l’échantillon.
Nous examinerons les différents tests alimentaires pour plusieurs molécules biologiques et les résultats positifs qu’ils fournissent, puis nous verrons le processus de calorimétrie, qui détermine la quantité d’énergie d’un échantillon alimentaire.
Le glucose est un exemple de sucre réducteur simple. Cela signifie qu’il a un groupe attaché à l’un de ses atomes de carbone qui peut changer ou réduire une molécule différente. Les glucides ne possédant qu’un seul anneau de carbone tels que le glucose sont appelés des monosaccharides, et ceux à deux anneaux sont appelés des disaccharides. Les polysaccharides sont quant à eux formés de plus de deux anneaux de carbone. Tous les monosaccharides et certains disaccharides sont des sucres réducteurs car ils ont cette même propriété.
Le test chimique pour identifier la présence de sucres réducteurs tels que le glucose dans les aliments est appelé le test de Benedict, et son mode d’emploi est expliqué ci-dessous.
Comment tester la réduction des sucres (p.ex. le glucose) dans un échantillon alimentaire
- S’il est solide, écraser l’échantillon avec un pilon et un mortier.
- Ajouter l’échantillon écrasé dans un tube à essai avec de l’eau.
- Ajouter plusieurs gouttes de la solution de Benedict.
- Placer le tube à essai dans un bain-marie à (Remarque : attention au bain-marie car il sera très chaud. Un bain-marie est utilisé à la place d’une flamme d’un bec Bunsen, car il permet de maintenir plus facilement une température constante.)
- Attendre au moins 8 minutes.
- Observer et noter tout changement de couleur.
Résultat positif : si du glucose (ou un autre sucre réducteur) est présent, il passera du bleu au vert, au jaune, à l’orange ou au rouge en fonction de la concentration de glucose, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous.
L’amidon est aussi un glucide composé de nombreuses petites molécules de glucose liées entre elles. Le test chimique pour identifier l’amidon dans les aliments est celui de l’iode ; la procédure est expliquée ci-dessous.
Comment tester la présence d’amidon dans un échantillon alimentaire
- S’il est solide, écraser l’échantillon avec un pilon et un mortier.
- Ajouter l’échantillon écrasé dans un tube à essai.
- Ajouter quelques gouttes d’une solution d’iode.
- Observer et noter tout changement de couleur.
Résultat positif : si de l’amidon est présent, il passera du marron orangé au bleu noir.
Le test chimique pour identifier les protéines dans les aliments est appelé le test du Biuret ; la procédure est expliquée ci-dessous.
Comment tester la présence de protéines dans un échantillon alimentaire
- S’il est solide, écraser l’échantillon avec un pilon et un mortier.
- Ajouter l’échantillon écrasé dans un tube à essai.
- Ajouter quelques gouttes de solution de Biuret.
- Secouer délicatement le tube à essai de telle sorte que l’échantillon et les réactifs se mélangent bien.
- Observer et noter tout changement de couleur.
Résultat positif : si des protéines sont présentes, il passera du bleu au violet.
Les lipides sont insolubles dans l’eau, les deux substances ne se mélangent donc pas. Au lieu de cela, les lipides ont tendance à former une couche au dessus de l’eau, comme vous l’avez peut-être déjà remarqué avec de l’huile de cuisson contenant beaucoup de lipides. Les lipides sont cependant solubles dans un alcool, l’éthanol, de sorte que ces substances se mélangent. Ces propriétés sont exploitées dans le test d’émulsion et le test Sudan IV pour identifier la présence de lipides dans une substance alimentaire.
Dans le test d’émulsion, de l’éthanol est ajouté à une substance alimentaire contenant des lipides et les lipides se dissolvent dans l’éthanol. Lorsque l’eau est ensuite ajoutée à cette solution, des gouttelettes blanches et troubles apparaissent et se dispersent dans l’eau, c’est ce que l’on appelle l’émulsion. Au bout d’un moment, l’émulsion se sépare en couches distinctes, avec une couche trouble d’éthanol et de lipide au-dessus d’une couche limpide d’eau.
La solution de Sudan IV est également insoluble dans l’eau, mais elle est soluble dans les lipides, les colorant en rouge orangé s’ils sont contenus dans l’échantillon.
Définition: Émulsion
Une émulsion est un mélange de deux liquides qui ne se mélangent pas en temps normal, dont l’un contient une suspension de minuscules particules de l’autre liquide.
Comment tester la présence de lipides dans un échantillon alimentaire
Test d’émulsion :
- S’il est solide, écraser l’échantillon avec un pilon et un mortier.
- Ajouter l’échantillon écrasé dans un tube à essai.
- Ajouter 2 cm3 d’éthanol à l’échantillon alimentaire.
- Secouer délicatement le tube à essai pour faire en sorte que l’échantillon et les réactifs se mélangent bien.
- Laisser la solution se reposer pendant deux minutes.
- Ajouter 2 cm3 d’eau distillée à la solution.
- Observer et noter tout changement.
Résultat positif : si des lipides sont présents, une émulsion blanche se formera.
Test de Soudan IV :
- S’il est solide, écraser l’échantillon avec un pilon et un mortier.
- Ajouter l’échantillon écrasé dans un tube à essai.
- Ajouter la solution de Sudan IV à l’échantillon.
- Secouer délicatement le tube à essai de telle sorte que l’échantillon et les réactifs se mélangent bien.
- Observer et noter tout changement de couleur.
Résultat positif : si des lipides sont présents, la solution de Sudan IV les colorera en rouge orangé.
Exemple 2: Interpréter la composition des molécules biologiques à partir des tests alimentaires
Un jaune d’oeuf a été testé pour différents groupes alimentaires et voici les résultats.
| Réactif ajouté / Test effectué | Iode | Benedict | Biuret | Émulsion |
|---|---|---|---|---|
| Résultat | orange | bleu | violet | couche d’émulsion blanche |
D’après ces résultats, laquelle des conclusions suivantes concernant les molécules biologiques présentes dans le jaune d’œuf est correcte ?
- Le jaune d’oeuf contient de l’amidon, des sucres, des protéines et des graisses.
- Le jaune d’oeuf contient des graisses et des protéines, mais pas d’amidon ni de sucres.
- Le jaune d’oeuf contient des sucres et des protéines, mais pas d’amidon ni de graisses.
- Le jaune d’oeuf contient des sucres et de l’amidon, mais pas de protéines.
Réponse
Différentes molécules biologiques peuvent être identifiées dans des échantillons alimentaires à l’aide de tests alimentaires.
Pour tester l’amidon, une solution d’iode est ajoutée. S’il y a de l’amidon, l’échantillon passe de la couleur orange au bleu noir.
Pour tester des sucres réducteurs simples tels que le glucose, la solution de Benedict est ajoutée. Si du glucose est présent, la couleur observée vire du bleu au vert, au jaune, à l’orange ou au rouge en fonction de la concentration de sucres dans l’échantillon.
Pour tester les protéines, une solution de Biuret est ajoutée. S’il y a des protéines, la couleur observée vire du bleu au violet clair.
Pour tester les lipides, parfois appelés graisses, de l’éthanol est ajouté à l’échantillon alimentaire pour dissoudre les lipides, puis de l’eau distillée est versée dans la solution ; on appelle cela un test d’émulsion. S’il y a des lipides dans l’échantillon alimentaire, une émulsion blanche se forme et se sépare ensuite en une couche distincte blanche et trouble au-dessus de l’eau limpide.
Cet échantillon alimentaire est resté orange lorsque de l’iode a été ajouté, ce qui indique qu’il n’a pas d’amidon. Il est resté bleu lorsque la solution de Benedict a été ajoutée, donc aucun sucre réducteur simple tel que le glucose n’est présent. Il est devenu violet lorsque la solution de Biuret a été ajoutée, il contient donc des protéines. Il a formé une couche d’émulsion blanche lors d’un test d’émulsion, il contient donc des graisses.
La bonne réponse est donc la B : Le jaune d’oeuf contient des graisses et des protéines, mais pas d’amidon ni de sucres.
Les principaux tests alimentaires sont décrits dans le tableau 1 ci-dessous, y compris les solutions chimiques qui doivent être ajoutées, si un bain-marie est nécessaire, et le résultat positif attendu si la molécule est présente. Rappelez-vous que si la molécule biologique, testée par un composé chimique spécifique, n’est pas présente dans l’échantillon, aucun changement de couleur (ou émulsion dans le cas des lipides) ne sera observé.
Tableau 1: Tableau indiquant la procédure et les résultats positifs de chaque test alimentaire.
| Molécule de l’aliment | Solution ajoutée Nom du test alimentaire | Détails supplémentaires de la procédure, (p.ex., un bain marie est-il nécessaire ? ) | Résultat positif si la molécule de l’aliment est présente |
|---|---|---|---|
| le glucose (sucres réduits) | Benedict | oui, chauffer à | la couleur passe de bleu à vert, jaune, orange, ou rouge |
| l’amidon | Iode | non | la couleur passe de orange à bleu noir |
| les protéines | Biuret | non | la couleur passe de bleu à violet |
| les lipides (graisses) | Test d’émulsion | non, mais ajouter de l’éthanol et de l’eau | une émulsion blanche se forme au dessus de l’eau |
| les lipides (graisses) | Sudan IV | non | la couleur passe de limpide à rouge orangé |
Exemple 3: Interpréter la composition des molécules biologiques et des tests alimentaires
Complétez le tableau pour indiquer la molécule biologique testée, ou le nom du test.
| Molécule testée | amidon | 2 | protéines | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Nom du réactif / test | 1 | test éthanol / émulsion | 3 | solution de Benedict |
Réponse
Différentes molécules biologiques peuvent être identifiées dans des échantillons alimentaires à l’aide de différents tests alimentaires. Pour tester l’amidon, une solution d’iode est ajoutée. S’il y a de l’amidon, la couleur de l’échantillon passe de l’orange au bleu noir. Pour tester le glucose (sucres simples), la solution de Benedict est ajoutée. S’il y a du glucose, la couleur observée vire du bleu au vert, au jaune, à l’orange ou au rouge en fonction de la concentration de sucres dans l’échantillon. Pour tester les protéines, une solution de Biuret est ajoutée. S’il y a des protéines, la couleur observée vire du bleu au violet. Pour tester les graisses, de l’éthanol et de l’eau sont ajoutés, ce que l’on appelle le test d’émulsion. S’il y a des lipides, une couche d’émulsion blanche se forme au-dessus de l’eau.
Les bonnes réponses sont donc les suivantes :
- l’iode
- les lipides
- la solution de Biuret
- les sucres
La calorimétrie alimentaire est un procédé utilisé pour mesurer l’énergie contenue dans un aliment.
Un calorimètre est l’instrument utilisé pour effectuer cette expérience. Cela fonctionne en brûlant un échantillon alimentaire en dessous d’un récipient contenant un volume d’eau défini. Au fur et à mesure que l’aliment brûle, l’énergie chimique contenue dans l’aliment est libérée et transférée sous forme d’énergie thermique (chaleur), qui est absorbée par l’eau, ce qui la chauffe.
En mesurant la température de l’eau au début et à la fin de l’expérience et en calculant la différence entre les deux, la quantité d’énergie qui a été transférée à l’eau peut être estimée. Plus le changement de température de l’eau est important, plus l’énergie initialement contenue dans l’échantillon était élevée. Cette énergie est calculée grâce au changement de température de l’eau et à la masse de l’eau et de l’échantillon alimentaire, en utilisant l’équation ci-dessous.
Équation: Calculer l’énergie libérée dans des expériences de calorimétrie alimentaire
L’énergie libérée par la nourriture en gramme est estimée en utilisant différentes mesures.
L’une des valeurs qui doit être mesurée est la masse de l’eau dans le calorimètre, car nous calculons l’énergie nécessaire pour modifier la température de cette masse d’eau en question.
L’élévation de température de l’eau représente la quantité d’énergie transférée de l’énergie chimique contenue dans l’échantillon alimentaire à cette masse d’eau dans le calorimètre. Plus la température de l’eau augmente, plus l’échantillon alimentaire a libéré d’énergie dans l’eau.
La valeur donnée de 4,2 est la capacité thermique spécifique de l’eau, qui est l’énergie nécessaire pour augmenter la température d’ 1 kg d’eau de .
Ces trois valeurs sont multipliées ensemble pour calculer la totalité de l’énergie libérée par l’aliment. Nous divisons ensuite cette valeur par la masse de l’échantillon utilisé, car l’équation nous demande l’énergie libérée par gramme de nourriture.
Une explication simplifiée de la méthode de calorimétrie alimentaire est décrite ci-dessous.
Comment utiliser la calorimétrie alimentaire pour mesurer la quantité énergétique d’un aliment
- Mesurer un certain volume d’eau dans le calorimètre (p. ex. 20 mL).
- Fixer le calorimètre à un support.
- Mesurer et noter la température de l’eau dans le calorimètre à l’aide d’un thermomètre.
- Choisir un échantillon alimentaire, puis mesurer et noter sa masse dans un tableau de résultats à l’aide d’une balance.
- Percer l’aliment avec précaution sur une aiguille et la tenir avec une pince.
- Chauffer l’échantillon à l’aide d’une lampe à alcool et le maintenir dans la flamme jusqu’à ce qu’il soit complètement brûlé (remarque : essayer de garder l’échantillon à proximité du calorimètre de sorte qu’un maximum de chaleur issue de l’aliment brûlé soit transférée à l’eau.)
- Mesurer et noter à nouveau la température de l’eau.
- Répéter les étapes 1 à 7 pour différents échantillons de nourriture, en utilisant de l’eau fraîche à chaque fois.
- Calculer l’énergie libérée de chaque échantillon alimentaire en utilisant la formule
Exemple 4: Décrire les observations et les tendances de la calorimétrie alimentaire
Le schéma ci-dessous illustre une installation simple d’un calorimètre, qui peut être utilisé pour estimer la quantité d’énergie dans différents aliments.
- Que se passe-t-il au fur et à mesure que la nourriture brûle ?
- La température de l’eau augmentera à mesure que l’aliment libère de l’énergie thermique.
- La température de l’eau diminuera à mesure que l’aliment libère de l’énergie thermique.
- La température de l’aliment chutera à mesure que l’aliment absorbe de l’énergie thermique.
- La température de l’eau ou de la nourriture ne changera pas.
- Lequel des énoncés suivants décrit correctement la corrélation entre l’énergie contenue dans un aliment et le résultat attendu ?
- Moins un échantillon alimentaire contient d’énergie, plus la température de l’eau augmentera.
- Plus un échantillon alimentaire contient d’énergie, plus la température de l’eau augmentera.
- Il n’existe aucune corrélation entre l’énergie qu’un échantillon alimentaire contient et le changement de température de l’eau car l’énergie thermique ne peut pas être transférée à travers l’air vers le récipient.
Réponse
Partie 1
La calorimétrie alimentaire est un procédé utilisé pour mesurer une valeur approximative de l’énergie contenue dans un aliment. Un calorimètre est l’instrument utilisé pour effectuer ce processus. Cela fonctionne en brûlant un échantillon de nourriture en dessous d’un récipient contenant un volume d’eau donné.
Au fur et à mesure que les aliments brûlent dans un calorimètre, l’énergie chimique contenue dans les aliments est libérée et transférée par les aliments sous forme d’énergie thermique (chaleur), ce qui chauffe l’eau.
Par conséquent, la température de l’eau augmentera à mesure que l’aliment libère de l’énergie thermique.
Partie 2
En mesurant la température de l’eau au début et à la fin de l’expérience, la quantité d’énergie transférée à l’eau peut être estimée. Plus la variation de la température de l’eau est élevée, plus l’énergie transférée de l’échantillon alimentaire à l’eau est élevée, et plus l’échantillon alimentaire contenait initialement d’énergie.
Par conséquent, plus un échantillon alimentaire contient d’énergie, plus la température de l’eau augmentera.
Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.
Points clés
- Les molécules biologiques telles que les glucides, les lipides et les protéines sont des polymères constitués de longues chaînes de monomères ou de sous-unités.
- Le test de Benedict peut être utilisé pour tester la présence de sucres réducteurs (p.ex. le glucose) dans un échantillon alimentaire.
- De l’iode peut être ajouté aux échantillons alimentaires pour tester la présence d’amidon.
- Le réactif de Biuret peut être ajouté à un échantillon alimentaire pour tester la présence de protéines.
- Le test d’émulsion, ou test Sudan IV, peut être utilisé pour tester la présence de lipides dans un échantillon alimentaire.
- La calorimétrie alimentaire peut être utilisée pour mesurer approximativement l’énergie contenue dans un échantillon alimentaire.
