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Les Propriétés physiques et chimiques du saccharose Dossier CEDUS Avec la colla

Les Propriétés physiques et chimiques du saccharose Dossier CEDUS Avec la collaboration de l’Université de Reims : Prof Mathlouthi Photo : S.Pelly / Cedus 1 LES PROPRIETES PHYSIQUES ET CHIMIQUES DU SACCHAROSE Table des matières dynamique I. INTRODUCTION II. PROPRIETES PHYSIQUES DU SACCHAROSE 2.1. LA MOLECULE DE SACCHAROSE 2.2. SUCRE CRISTALLISE 2.2.1. Structure Cristalline 2.2.2. Point de fusion 2.2.3. Chaleur spécifique 2.2.4. Activité de l’eau et humidité relative d’équilibre 2.3. SUCRE AMORPHE 2.3.1. Chaleur spécifique 2.3.2. Transition vitreuse et sucre amorphe 2.4. SUCRE EN SOLUTION 2.4.1. Solubilité 2.4.2. Masse volumique 2.4.3. Volume Molaire Apparent 2.4.4. Viscosité 2.4.5. Tension superficielle 2.4.6. Activité de l’eau 2.4.7. Pression osmotique 2.4.8. Pouvoir rotatoire 2.4.9. Point d’ébullition et de congélation 2 III. PROPRIETES CHIMIQUES DU SACCHAROSE 3.1. FORMULE DE LA MOLECULE DE SACCHAROSE 3.2. PURETE 3.3. SYNTHESE DU SACCHAROSE DANS LES PLANTES 3.4. DECOMPOSITION DU SACCHAROSE 3.4.1. Hydrolyse acide 3.4.2. Hydrolyse enzymatique 3.4.3. Décomposition acide 3.4.4. Décomposition alcaline 3.5. FERMENTATION 3.6. REACTION DE BRUNISSEMENT NON ENZYMATIQUE 3.6.1. Caramélisation et dégradation thermique 3.6.2. Réaction de Maillard a. Facteurs influençant la réaction de Maillard b. Conséquence de la réaction de Maillard 3.7. REDUCTION 3.8. OXYDATION 3.9. DEGRADATION BIOCHIMIQUE 3.9.1. Cycle d’Embden – Meyerhof – Parnas 3.9.2. Formation d’acide lactique BIBLIOGRAPHIE Tableau 1 : Chaleur spécifique (kJ/kg.K) du saccharose d’après Lyle (1957) Tableau 2 : Masse volumique de certains sucres en vrac (kg/m3) d’après Junk et Pancoast (1980) Tableau 3 : Saveur sucrée et Flaveur de certains glucides Tableau 4 : Limites supérieures des divers critères pour les catégories CEE des sucres Tableau 5 : températures de transition vitreuse (Tg) du sucre amorphe en équilibre avec différentes humidité relatives de l’air (Roos & Karel (1990)) 3 Tableau 6 : Expression de la concentration du saccharose en solution à 20°C Tableau 7 : Solubilité du saccharose dans l’eau Tableau 8 : Masse volumique ρ (en kg/m3) des solutions aqueuses de saccharose en fonction de la fraction massique w (%) et de la température (°C). D’après ICUMSA (1990). Tableau 9 : Volume molaire apparent et volume spécifique apparent des sucres à 20 °C à une concentration de 5 % (m/m) Tableau 10 : Viscosité (mPa.s) des solutions pures de saccharose D’après ICUMSA (1979) Tableau 11 : Tension superficielle (N/m) de solutions de saccharose et d’eau pure à 21°C Tableau 12 : Activité de l’eau des solutions de saccharose Tableau 13 : Pression osmotique des solutions aqueuses de saccharose à 25°C Tableau 14 : Elévation du point d’ébullition de solutions de saccharose à pression atmosphérique Tableau 15 : Abaissement du point de congélation (°C) de solutions de saccharose Tableau 16 : Micro-organismes utilisés au cours de la fermentation et produits obtenus (Patureau, 1989) Figure 1 : Courbe isotherme d’adsorption du saccharose Figure 2 : Granulométrie d’un sucre par tamisage et lecture sur papier de probabilité dit gausso - arithmétique. Les abscisses sont en fréquence cumulées, les ordonnées en mm. 4 I. INTRODUCTION Le saccharose est de loin le plus répandu des glucides élaborés par la nature et c’est ainsi qu’il est devenu dans le langage courant synonyme de sucre. Le sucre ou saccharose est produit par photosynthèse par un certain nombre de plantes saccharifères : canne à sucre et betteraves sont utilisées industriellement ; mais on peut aussi extraire du sucre de la sève de l’érable à sucre, des dattes, des ananas et de bien d’autres plantes. Le saccharose figure parmi les matières premières les plus pures, et disponibles à l’échelle industrielle à bas prix. C’est probablement la raison pour laquelle il est largement employé comme référence pour l’étalonnage des densimètres, des viscosimètres, des réfractomètres ou encore polarimètres. II. PROPRIETES PHYSIQUES DU SACCHAROSE 2.1. LA MOLECULE DE SACCHAROSE Masse moléculaire La masse moléculaire du saccharose est de 342.29, sa formule brute est C12 H22O11. enthalpie de formation L’enthalpie de formation correspond à C12 H22O11 crystal - ∆H0 (12 Cgraphite , 11 H2 gaz, 5.5 O2 gaz). A 25°C et 760 mm Hg elle est de 2424 kJ / mole La chaleur de combustion La chaleur libérée lors de la combustion d’une mole de saccharose est de 5647 kJ, soit 16.49 kJ par gramme de saccharose. 2.2 SUCRE CRISTALLISE 2.2.1. Structure Cristalline Le saccharose cristallise dans le système monoclinique (Groupe d’espace P21). Les cristaux à l’état pur sont des prismes rhomboïdaux à base losange. Les coordonnées de la maille élémentaire, constituée de l’empilement de 2 molécules de saccharose, dans les trois axes A, B, C du cristal sont d’après une étude par diffraction des neutrons (Brown et Levy, 1963): 5 • a = 10.89 10-10 m • b = 8.69 10-10 m • a = 7.73 10-10 m • Angle β = 103°30’ 2.2.2. Point de fusion La valeur du point de fusion du saccharose généralement admise est de 186 °C. Cette valeur peut varier entre 182 et 192 °C selon la pureté de l’échantillon. 2.2.3. Chaleur spécifique Les chaleurs spécifiques (Cp en kJ/kg/K) du saccharose cristallisé sont données, pour une gamme de température de 0 °C à 100 °C dans le tableau 1 (Lyle, 1957). La chaleur spécifique Cp est également calculée pour les cristaux de saccharose en fonction de la température à partir de l’équation d’Anderson et al. (1950). Cp = 1.1269 + 4.524 x 10 –3 x t + 6.24 x 10-6 x t2 2.2.4. Activité de l’eau et Humidité relative d’équilibre On définit sous le terme Activité de l’eau (Aw), le rapport de la pression de vapeur de l’eau dans une substance donnée à la pression de vapeur de l’eau pure à la même température. Par convention, l’activité de l’eau pure est égale à 1.0. L’acivité de l’eau correspond à un état d’équilibre entre le produit et l’air qui l’entoure. Dans ce cas, l’humidité relative d’équilibre (HRE) est reliée à l’Aw par la relation : HRE = Aw . 100. Si du sucre est mis dans une atmosphère ayant une humidité relative plus faible que son humidité relative d’équilibre (HRE), il va avoir tendance à se dessécher. S’il est mis dans une atmosphère à humidité relative plus grande, il va s’humidifier. La teneur en eau du sucre blanc cristallisé est fonction de son humidité relative d’équilibre,. cette courbe est d’allure sigmoïdale dans le cas du saccharose pur : il s’agit de l’isotherme de sorption de vapeur d’eau du saccharose(Figure 1). 6 2.2.5. Densité La densité du cristal de saccharose a été mesurée à 15°C par Plato dés 1901 et la valeur obtenue (ρ = 1587.9 kg/m3) est toujours valable pour une utilisation pratique (Reiser et al. (1995). La masse volumique de différentes spécialités de sucre en vrac utilisées aux Etats Unis est donnée dans le tableau 2. 2.2.6. Qualité organoleptique La saveur sucrée des sucres simples demeure, bien sûr, leur caractéristique la plus remarquable. Cette saveur sucrée prend comme référence le sucre, à qui on donne la note 100 (Unités sucrantes). Le tableau 3 présente les pouvoirs sucrants de différents glucides. 2.2.7. Qualités commerciales a. Normes de qualité L’aspect, la coloration en solution, les matières minérales ou cendres Le sucre blanc, qu’il provienne du 1er ou du 2ème jet de cristallisation, est un produit très pur. Cependant, les produits alimentaires destinés à la consommation directe doivent respecter un certain nombre de règles de conformités établies par les organismes internationaux dans le but de protéger la santé des consommateurs. La méthode dite des points Européens a été adoptée afin d’évaluer la qualité des sucres et de les classifier Tableau 4. Pour être classé en catégorie n°1, le sucre ne peut avoir plus de 8 points au total avec un maximum de 4 points pour l’aspect, 3 pour la coloration et 6 pour les cendres conductimètriques. Pour être classé en catégorie n°2, il ne peut avoir plus de 22 points au total avec un maximum de 9 points pour l’aspect, 6 pour la coloration et 15 pour les cendres condutimètriques. La catégorie n°3 correspond au nombre de points supérieur à 22, avec 12 points maximum pour l’aspect. Autres critères Les fabricants de sucre ajoutent à cette classification un certain nombre de normes complémentaires concernant : 7 La propreté La teneur en eau Le trouble en solution neutre Le trouble en solution acide ou alcaline appelée « Floc » L’état bactériologique… L’ensemble des méthodes d’analyses bactériologiques applicables aux sucres est décrit dans les ouvrages spécialisés, notamment « Méthodes de l’ICUMSA » (Anon, 1994). b. Méthodes normalisée de la mesure de la granulométrie Principe : On tamise les cristaux de sucre dans des conditions bien déterminées et on pèse des refus successifs obtenus à travers les différents tamis. Sur un papier de probabilité gausso- arithméthique, on trace les poids cumulés retenus sur les différents tamis en fonction de la dimension des mailles des tamis en mm. On en déduit : La dimension moyenne des cristaux ou OM ; Le coefficient de variation CV. Mode opératoire Le tamisage ne doit pas se faire à la main mais à l’aide d’un appareil donnant un mouvement elliptique et un dégommage périodique des tamis par un uploads/Finance/ proprietes-saccharose-pdf.pdf