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LE SUCRE DE CANNE Remerciements Nous remercions tous ceux qui ont contribués à

LE SUCRE DE CANNE Remerciements Nous remercions tous ceux qui ont contribués à l’élaboration de ce dossier dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés, particulièrement : Les responsables de l’usine du Galion de Trinité, M. BEROUARD (chef comptable) et S.LANDRY (chef de production) pour leur accueil chaleureux leur aimable collaboration par la fourniture d’information et d’échantillons : bagasse, sirop, mélasse, sucre du Galion, sucre de la Réunion. L’équipe d’encadrement Mme LUPON, Mlle MAINGER et M. BURTZ pour leurs précieux conseils. Le responsable du laboratoire de SVT Benoît BOULOT pour son aide dans la réalisation de l’expérience de cristallisation. Les responsables du laboratoire de Physique – Chimie pour la fourniture du modèle moléculaire afin de fabriquer la molécule de saccharose. Et bien sûr tous ceux qui nous ont apportés leur soutient et leur encouragement. A propos de … Recherches : AUDAR Rio GELIE Philippe SADIKALAY Samuel Expériences : AUDAR Rio SADIKALAY Samuel Le laborantin BOULOT Benoît Visite de l’usine du Galion : SADIKALAY Samuel Rédaction : AUDAR Rio SADIKALAY Samuel GELIE Philippe Avertissement : Ce dossier est protégé par la loi du copyright et les conventions internationales. Toute reproduction partielle ou totale de ce dossier, par quelque moyen que ce soit, est strictement interdite. Toute personne ne respectant pas ces dispositions se rendra coupable de délit et sera passible des sanctions pénales prévues par la loi. INTRODUCTION Lors de la découverte des thèmes nationaux des travaux personnels encadrés, nous nous sommes intéressés à la transformation de l’espace et plus particulièrement à la cristallographie faisant partie des pistes de travail proposées. Nous avons voulu avoir une approche propre à notre environnement local afin d’en savoir un peu plus sur la cristallographie. Ainsi nous avons choisi de nous pencher sur les cristaux du sucre de cannes. Comment sont organisées les molécules dans le sucre de canne selon les différentes liaisons existantes ? SOMMAIRE Remerciements A propos de … Introduction Etude théorique des cristaux de sucre Fiche d’identité Sucre en général Un cristal particulier Liaisons existantes Etude pratique des cristaux de sucre Expérience de cristallisation Procédure de fabrication industrielle du sucre Etape de fabrication du sucre Données concernant l’usine du Galion Annexes Etude théorique des cristaux de sucre Fiche d’identité Nom : polysaccharide Prénom : Saccharose Prénom usuel : sucre Masse :342,30g/molˉ¹ Age : inconnu Taille :variable Nom du père : glucose Nom de la mère : fructose Solubilité :2kg.Lˉ¹ (s’accroît avec la température) Le sucre en général. Le sucre ou saccharose est un corps sans couleur ni odeur, qui possède une saveur sucrée. On l’utilise pour conserver naturellement les fruits : confitures, fruits confits, sirops, mais aussi du lait concentré…sucré. Mais surtout pour notre corps dont il nourrit les muscles et aussi le cerveau. Notre cerveau est un grand consommateur d’énergie. Des milliards de neurones en effervescence ne se nourrissent pas d’amour et d’eau fraîche ! Mais avec des glucides. Alors que le cerveau ne représente que 2% de notre poids, il entre pour 20% dans notre métabolisme de base. Au repos, il utilise 60% du glucose de l’organisme. Pourquoi le glucose ? C’est le seul glucide qui passe la barrière hémato-encéphalique (c’est-à-dire qui passe du sang à notre cerveau). Nos neurones en ont besoin continuellement, exactement comme l’oxygène. Quand on lui demande un effort particulier, les zones qui sont alors sollicitées sont capables de demander un “ supplément ” de glucose et d’oxygène pour faire face à l’accroissement de leur activité de la vie. Selon les nombreuses expériences menées dans des laboratoires spécialisés(comme Bégin-Say) ; le sucre est l’ingrédient de base le plus pur qui soit. En effet, notre sucre cristallisé est pur à plus de 99,8%. Le reste est constitué d’eau, de minéraux, comme le calcium, le potassium ou le magnésium, en très faibles quantités, et des traces de fructose et de glucose. Mais que savons-nous de ce petit cristal que l‘on rencontre quotidiennement ? …….. Un cristal particulier Ce cristal apparaît sous forme de prismes anhydres (dépourvus totalement d’eau) dont les axes de symétrie sont légèrement inclinés. Les pros vous diront que c’est un “ système cristallin monoclinique ” à 15 facettes. Il possède différentes liaisons qui assurent son état (liquide ou solide) de part la composition de sa molécule(une molécule de glucose et une de fructose). C’est un polysaccharide que les savants nomment D-glucopyranosyl-D-fructofuranose de formule C12H22O11. Les liaisons existantes dans le sucre Le saccharose n’est pas présent dans la nature à « l’état naturel ». Généralement, il est « synthétisé » en présence d’une molécule de glucose et une de fructose en présence d’une molécule d’eau. Cette « synthétisation » s’explique par la formation de liaisons chimiques qui sont les suivantes : - La liaison hydrogène. Considérée comme la plus forte des liaisons intermoléculaires, la liaison hydrogène se réalise comme son nom l’indique, par l’atome d’hydrogène. Lorsque deux molécules polaires sont approchées (dans ce cas le glucose et le fructose ) elles s’orientent en plaçant leurs pôles en oppositions. Puis il s’ensuit une interaction électrostatique qui les attirent l’un vers l’autre. Dans des bonnes conditions d’orientations, les liaisons hydrogène (ou liaisons H) apparaissent. La molécule qui est liée par un hydrogène est appelée le donneur et l’autre liée par son oxygène est appelée l’accepteur. Donneur et accepteur sont des atomes d'oxygène ou d'azote. Type de liaison H Longueur (en Angström) O-H...O 2,70 O-H...O- 2,63 O-H...N 2,88 N-H...O 3,04 N+-H...O 2,93 N-H...N 3,10 Les différents états du sucre sont visibles par l’agencement des liaisons hydrogènes. En effet, comme pour l’eau, si elles sont bien orientées, elles sont responsables de la formation du cristal de saccharose, selon la température existante (leur point de fusion est de 160°c) ; et lorsque le saccharose est dissous ; qui lui implique sa fluidité grâce à certaines propriétés (à 20°c les liaisons sont désordonnées). pour une compréhension plus simple de l’agencement des molécules, prenons l’exemple de l’eau : la structure des molécules a température ambiante est instable et permet « l’élasticité » de l’eau A très basse température (0°c) les molécules acquièrent une structure ordonnée d’où la résistance de la glace : - La liaison de Van der Waals : Elle est à l’origine de la formation du cristal et assure sa cohésion. La force de Van der Waals est une liaison intermoléculaire. Elle est énergétique comme les autres liaisons et attire des groupements carbonés qui seront renforcés par une autre liaison en milieu aqueux. - La liaison glycosidique : Comme son nom l’indique ; cette liaison ne se réalise qu’en présence de glucides. Le saccharose ne peut exister que grâce à cette liaison. La liaison glycosidique est une liaison de type {–C-O-C-} qui est responsable de la liaison « glucose-fructose ». Elle n’est réalisable que par la présence d’un atome d’eau ; en effet, en présence de ces autres molécules l’atome d’oxygène perd ses deux atomes périphériques d’hydrogène et vient se fixer aux deux carbones ayant chacun un électron vacant. Schéma de formation : Durant la formation du cristal il arrive souvent que l’on n’observe pas de prisme régulier à 15 facettes ; mais un cristal à la surface irrégulière composé de plusieurs cristaux. On appelle cela des macles. Ils sont dus à la croissance de cristaux sur 1 plan de leur surface Etude pratique des cristaux de sucre Le saccharose contenu dans la canne à sucre est un sucre complexe ; autrement dit, sa molécule est l’assemblage de deux sucres simples, le glucose et le fructose. De plus, il possède des propriétés physiques importantes : un corps solide cristallisé et une grande solubilité dans l’eau. Objectif : L’on propose de faire une solution sucrée saturée que l’on chauffe (entraînant l’augmentation de la solubilité du sucre) permettant par la suite d’observer la formation de plusieurs cristaux de sucre. Réactifs nécessaires à l’expérimentation : Sucre de canne du Galion Eau distillée Matériels essentiels à l’expérience : Balance Coupelle Spatule Eprouvette graduée Bécher de 100 mL Plaque chauffante tournante Fil de coton Bûchette de bois Mode opératoire : Sachant que la solubilité du saccharose est de 2 kg/L, on décide de réaliser 10 mL de solution sucrée ; à l’aide d’une balance, on mesure 20 grammes de sucre de canne du Galion dans une coupelle que l’on verse dans le bécher de 100 mL. On prélève 10 mL d’eau distillée à l’aide d’une éprouvette graduée que l’on verse dans le bécher contenant le sucre. Ensuite, le bécher est placé sur la plaque chauffante munie de l’agitation avec un barreau magnétique. On chauffe à 80°C pendant une dizaine de minutes afin d’augmenter la solubilité du sucre avec une agitation moyenne pour obtenir une solution sucrée, ce premier chauffage permet de dissoudre totalement le sucre, il ne faut pas avoir de grain résiduel car cela entraînerait la croissance de plusieurs cristaux par accrétion. Cette solution est ensuite chauffée à plus de 100°C pendant environ 12 minutes dans le but de réduire la quantité d’eau et, ainsi obtenir un sirop. Ce deuxième chauffage entraîne l’évaporation d’une partie de l’eau dans laquelle le sucre est dissout pour acquérir une uploads/Industriel/ tpe-sucre-lpo-le-lorrain.pdf