La Gélification en folie / Tpe 1erS
Tpe de 1er S sur la gélification

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· II : Principe de Gélification
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Date de création : 12.03.2011
Dernière mise à jour : 17.03.2011
7 articles


Introduction

Publié le 12/03/2011 à 16:20 par tpegelification1s Tags : animal 1er gélatine tpe bienvenue
Bonjour et bienvenue sur notre TPE de 1ère scientifique.
Premièrement présentons nous: nous sommes trois élèves de la classe de 1ère S1 du lycée Technologique de Mirepoix dans l'Ariège (Midi-Pyrénées). Notre équipe est composé de LIS Damian, SANCHEZ Thibault et de SELMANI Merwann.
Le sujet principal de notre TPE concerne un procédé culinaire, aussi utilisé pour la cuisine moléculaire, la gélification.
Afin de bien comprendre, le sujet passons à l'introduction de notre TPE, qui je vous le rappelle concerne un procédé culinaire: la gélification.

Sachez, que nous sommes au quotidien confronté à la gélatine.
Chaque fois que nous faisons cuire un aliment, comme le bœuf ou le poisson, il est dégagé dans votre assiette cette gélatine à la propriété connue de tous. En effet il nous n'est pas inconnu que cette gélatine animale possède des propriétés alimentaires (liant, émulsifiant, moussant) et pharmaceutiques (collagène, cosmétiques) intéressantes. En revanche on sait beaucoup moins comment elle est fabriquée et de quoi provient- elle réellement. Les nombreux scandales liés aux maladies (vache folle par exemple) sont un des facteurs qui ont poussé à connaître l’origine de ces gélatines.
L'alternative trouvée est la gélatine végétale jugée d'origine sûre, aux propriétés tout aussi intéressantes. Exemple avec l'agar-agar.
Mais est-elle aussi efficace que la gélatine traditionnelle dont son origine est animale ?
C'est la question majeure de notre TPE. Dans un premier temps, nous vous présenterons comment sont formés ces deux types de gélatines et quelles sont leurs propriétés physiques internes. Puis pour pouvoir comparer les deux gélatines, nous allons utiliser une réaction chimique qui est présente dans notre quotidien: la gélification. Nous vous présenterons ensuite notre expérience, qui consiste à préparer des bonbons gélifiés. Nous comparerons ensuite les résultats obtenus, concernant l'aspect matériel, gustatif et la valeur nutritionnel.

I : La Gélatine et l'Agar-Agar

Publié le 12/03/2011 à 16:36 par tpegelification1s Tags : image gélatine fond extrait éléments

 

1°] La gélatine animale

 

Où est-elle utilisée ?

 

La gélatine d'origine animale est très répandue dans l'industrie agro-alimentaire. Cette gélatine est utilisée comme épaississant, stabilisant dans les confiseries, les crèmes glacées, les yaourts, la margarine, etc.

Elle est aussi utilisée dans les produits allégés afin de stimuler la sensation de gras dans la bouche et afin de créer un certain volume sans ajouter de calories.

Elle est aussi utilisée dans l'industrie pharmaceutique, en effet la gélatine constitue majoritairement l'enveloppe des gélules.

 

Propriétés physiques :

 

La gélatine est un produit protéiné. Sa masse volumique est de 0,68 g.cm-3.

Elle est extraite de l'hydrolyse partielle du collagène. Ce collagène est obtenu à partir d'extraits de la peau de porc ainsi que de tissus conjonctifs tels que les os, les cartilages, les ligaments etc.

Lorsqu'elle est chauffée, la gélatine fond alors que lorsqu'elle est refroidie, elle se solidifie.

Mélangée à de l'eau, la gélatine forme un gel dit « colloïdal » (qui ne se diffuse pas dans une membrane semi-perméable).

 

 

Comment est-elle fabriquée ?

 

La fabrication de la gélatine se différencie en 3 étapes

 

1- Les pré traitements

a) Pour les os

 

On plonge tout d'abord les os dans une solution diluée d'acide chlorhydrique durant environ 48 heures afin de dissoudre le phosphate de calcium et les minéraux des os. On utilise alors de l'eau chaude ou différents solvants pour amener le taux de graisse en-dessous de 1%, taux maximum avant l'extraction.

 

b) Pour la peau

 

La peau est d'abord lavée puis on arrache les poils, enfin, tout comme les os, elle est dégraissée.

On la traite ensuite pour la préparer à l'extraction. Il existe trois types de traitements :

  • un traitement à l'acide est utilisé pour le collagène de  la peau de porc, ce traitement peut durer de 10 à 48 heures, la gélatine finalement obtenue sera appelée gélatine de type-A.

  • Pour les cuirs de bovins on utilisera plutôt un traitement à l'alcali (soude). Ce traitement est utilisé car le collagène de bovin est plus complexe, il permet de casser les liaisons chimiques dans le collagène. Cependant, ce procesus  est long, sa durée est souvent de plusieurs semaines. La gélatine finalement obtenue sera appelée gélatine de type-B.

  • Récemment il a été développée un traitement enzymatique qui présente de nombreux avantages par rapport au traitement à l'alcali. Tout d'abord , il est plus rapide et le rendement est quasiment parfait. Ensuite, la gélatine obtenue sera plus pure et ses propriétés seront meilleures.

 

2- L'extraction

 

Le collagène pré traité est ensuite hydrolysé où l'on utilise des solutions au pH acide. L'utilisation d'un pH basique entrainerait un processus de dégradation plus rapide.

Dans les dernières étapes de l'extraction, la température est augmentée afin de réduire la dégradation thermique de la gélatine.

 

3- Le raffinage

 

La gélatine est enfin filtrée, clarifiée, évaporée, stérilisée, séchée, broyée et tamisée.

La fabrication de la gélatine est terminée, le produit fini contient 15 à 18% d'eau, est flexible, inodore et incolore.

 

 

2° ] L'agar-agar,une gélatine d'origine végétale

 

L'agar-agar est un additif alimentaire noté E406.

Il est extrait d'algues rouges souvent d'origine japonaises (famille des gelidiacées et des gracilariacées)

 

L'agar-agar est un polymère que l'on peut retrouver dans la paroi cellulaire de ces algues.

Lorsque l'on purifie l'agar-agar des ses éléments minéraux on obtient une matière appelée agarose.

 

Comment est-elle fabriquée ?

 

On extrait le mucilage des algues: il s'agit d'une substance végétale de polysaccharides gonflant lorsqu'elle est mise en contact avec de l'eau.

 

Ce mucilage est purifié, déshydraté et enfin broyé pour obtenir la fameuse poudre d'agar, utilisée en cuisine pour les gélifications.

Propriétés physiques :

 

La température de fusion de l'agar-agar est de 90°C.

Il est soluble dans l'eau chaude mais pas dans l'eau froide ou dans l'alcool.

L'agar-agar est un puissant gélifiant, son pouvoir de gélification est 8 fois supérieur à celui de la gélatine animale.

L'agar-agar est pratiquement inodore et de couleur blanche.


II : Principe de Gélification

Publié le 12/03/2011 à 17:23 par tpegelification1s

 

Prè-requis:

La gélification est une réaction chimique, enfermant un liquide au sein de plusieurs macromolécules de gel. Cette réaction ce fait au quotidien, dans nos plats de tout les jours : notre poisson, notre viande réagissent et libèrent eux même ces gels. Les formes de gels sont multiples, les naturels avec la pectine par exemple, mais aussi animales , comme le collagène généralement utilisé dans les produits cosmétiques. Dans cette partie nous vous montrerons comment fonctionne ce procédé. Et nous le verrons en œuvre dans une expérience. (qui servira aussi par la suite pour le reste du Tpe)

 

I : Gélification d'Agar-Agar:

 

a) 1er Étape: La mise en solution:

 

Pour fixer correctement les bases de la gélification, nous allons commencer par une première version de gélatine : à base végétale. La gélatine est un ensemble de polymères (ici polysaccharide )liée entre eux. Comment cette formation à lieu : il faut tout d'abord que le polymère soit placé en solution. Une fois le contact avec l'eau établie , les macromolécules s'individualisent, les chaînes polymères se déplient en laissant apparaîtrent les zones hydrophobes (l'agarose) et hydrophiles (l'agaro-pectine). On évoque la présence de « pelotes statiques » .

 

Pelotes statiques de Polymères

 

 

 

 

 

b) 2ème Étape: Apparition du gel:

Les différentes pelotes statiques de polymères,laisse entrevoir aux macromolécules,  les liens qui serviront à l'emprisonnement du gel. En effet , elle vont capter le liquide et se refermer dessus. Le gel est alors formé grâce a une nouvelle structure tridimensionnelle . On dit que ce gel est « élastique ». Les liaisons sont faibles, il est donc logique qu'au fil de l'expérience le gel devient de plus en plus « dur »

 

Zones de jonctions hydrophiles et
hydrophobes apparentes

 

 

 

 

Mais attention, si le mécanisme est mal contrôlé des amas d'agrégat (ou micelle) important se forment, et on obtient un gel «totalement   rigide » donc inutilisable !

 

Les chaînes polymères végétales s'assemblent de deux façon :

-d'une part elles peuvent adopter une forme d'hélice et emprisonner le liquide . Et ceci grâce à la présence de certain cations.

-d'autre part elles peuvent juste adopter une forme plane et s'empiler les unes sur les autres en emprisonnant le liquide, ont appelle cette structure de la « boite à œufs »

 

 

II : Gélification avec gélatine animale:

a) Hydrolyse du collagène

Il faut savoir que cette gélatine, avant transformation, se présente sous forme de plaques transparentes solides. Pour l'utiliser il faut tremper ces plaques dans de l'eau.

On peut alors imaginer obtenir un résultat équivalent à celui de l'agar-agar ? Et bien non, la gélatine animale , comme ennoncé  dans le I est composée de collagène. C'est une protéine présente dans notre peau. Mais dans le gel, elle est, comme pour l'agar-agar, mise en solution.

Le collagène une fois hydrolysé laisse apparaître trois brins. On le dénomme alors tropocollagène, responsable de la texture du gel.


Brin de Tropocollagène

b) Les micelles ou tensioactifs

 

Tout comme dans la gélatine végétale, on retrouve des agrégats ; appelés ici micelles.

Présentent dans les solutions colloïdales, elles sont constituées d'une tête hydrophile et d'un corps hydrophobe (donc retournée vers l’intérieur). Ce sont elles qui stabilisent la solution, en effet les brins de tropocollagènes s'écartent plus.Les micelles permettent de fixer les particules hydrophobes et forment ainsi  des particules en suspension. On passe donc d'un mélange instable à un mélange stable, du fait que toutes ces particules en suspensions sont d'un même signe. On dit donc que ces micelles sont des tensioactifs.

Une Micelle

 

 

 

 

III : Paramètres de gélification:

 

Lors d'une gélification tous les paramètres doivent être entièrement maîtrises. Par exemple deux facteurs sont des plus importants :

-Le PH de votre solution doit être neutre pour un gel optimal. En effet si vous avez une solution acide (PH inférieur à 7) le gel sera d'une solidité faible. On ne peut par exemple par réaliser de bonbons gélifiés à l'orange, car l'orange est un fruit beaucoup trop acide !

-La température de votre solution: pour que le gel soit une nouvelle fois optimale, votre solution doit atteindre sa température d’ébullition (exemple 80 à 100 ° pour l'eau). Une nouvelle fois si la température est trop basse, le gel sera d'une faible solidité.

-Le bloom: est la force maximale mesurée lors de la pénétration d’un cylindre standardisé de ½ pouce de diamètre à une profondeur de 4 mm et avec une vitesse de 1 mm/seconde dans un gel à 6,67 % maturé pendant 18 heures à 10°C dans un flacon spécifique.
Si on détaille moins tout ça: le bloom permet simplement de qualifier la force du gel, soit sa résistance à la pénétration d’un objet dans le gel.

III : Mise en oeuvre de l'expérience

Publié le 16/03/2011 à 13:42 par tpegelification1s

 

L'objectif de cette expérience est de montrer que malgré leurs différences physiques, la gélatine animale (ici les feuilles de gélatine) et la gélatine végétale (l'agar-agar) peuvent avoir malgré tout des ressemblances et bien sûr des différences.

C'est le moment de le démontrer à partir d'une recette de bonbon gélifié très simple à base de jus de pomme, de sucre et de gélatine végétale, puis dans un second temps, de remplacer la gélatine végétale par de la gélatine animale.

Pour ainsi en conclure sur ce qui nous intéresse, les ressemblances et les différences entre les deux bonbons que se soit pour l'aspect visuel, gustatif ou bien encore nutritionnel.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Matériel:

- une casserole

- une plaque chauffante

- un moule (à financiers de préférence)

- un réfrigérateur

- un verre doseur

- une balance

 

Ingrédients:

-80 g de sucre

-20 cl de jus de fruit de votre choix

-2 ou 3 g d'agar-agar en poudre

-3 feuilles de gélatines

L'ensemble des ingrédients et du matériel pour l'expérience

 

 

Protocole expérimental:

a) Pour l'agar-agar:

-Peser à l'aide d'une balance, l'agar-agar qu'il vous faut (pour notre experience 2 voir 3 grammes)

L'agar-agar pesé (on remarque que 2g d'agar-agar représente une quantité importante)

 

 

-Dissoudre dans un liquide (que vous aurez préalablement choisit) ici le jus de pomme, les 2 ou 3 grammes d'agar-agar.

L'agar-agar mit en solution (hydrolyse)

 

-Mélanger pour obtenir une solution homogène. Mettre dans une casserole, et faire bouillir la solution.

Homogénisation du liquide et de l'agar-agar

 

 

-Lors de l'ébullition (formation de bulles lors d'un changement de corps de l'état liquide à l'état gazeux) ajouté les 80 g de sucre. Et re-mélanger par la suite.

Ebulition de la solution

 

-Lorsque le mélange monte, arrêter la cuisson, et verser le dans des moules adéquates. Pour finir laisser refroidir à l'air libre, ou bien au réfrigérateur si besoin est, pour que les bonbons prennent.

Les Bonbons prennent forme une fois dans le moule

 

b) Pour les feuilles de gélatine

Pour réalisé notre expérience avec les feuilles de gélatine, l'opération est un peu différente :

-Dans un premier temps, il faut réaliser l'hydrolise des feuilles rigides, en plongeant nos trois feuilles de gélatine dans de l'eau extrêmement froide.

Les feuilles de gélatines hydrolysées

 

-Au même moment le jus de pomme chauffe. Lorsqu'il se met à bouillir, il faut incorporer les feuilles de gélatine, ainsi que nos 80 g de sucre.

Les feuilles de gélatines , hydrolysées ,bientôt plongées dans le jus de pommes

 

-La solution, comme dans notre première experience, monte. Continuer à mélanger quelques instants et arrêter la cuisson.

Le liquide redescent , la solution est prête pour le moule.

 

-Les bonbons sont ainsi mis dans le moule à financier, puis réserver au frais.

L'ensemble de nos bonbons est prêt

IV : Analyse de l'expérience

Publié le 17/03/2011 à 10:09 par tpegelification1s

 

*Note : Dans nos bilans, nous nous servirons d'un modèle, les bonbons en gélatine animale du commerce . Nous les comparerons avec les nôtres à la gélatine végétale et nous vous expliquerons pourquoi la gélatine animale sera préférable.

 

 

  • Point a): l'aspect visuel

Notre expérience est un réel succès puisque tout nos bonbons ont prient. Et nous remarquons que la durée de prise des bonbons est différente, on s’aperçoit que l'agar-agar prend en quelques instants. En effet dix minutes après, la gélatine est toujours liquide, alors que l'agar-agar présente déjà une résistance lorsque l'on exerce une faible pression. Un jour plus tard, nous avons démoulés nos expériences. Nous renouvelons le test de la veille: la même pression (à peu près) a été exercée, et à notre grande surprise, les bonbons d'agar-agar sont beaucoup plus rigide que les bonbons de gélatine. De plus si l'on s’intéresse à l'aspect purement esthétique, les bonbons d'agar-agar sont beaucoup plus opaques que les bonbons de gélatine animale (qui sont eux totalement transparents).

 

Bilan:On apprend que les bonbons à base d'agar-agar sont plus compactes et plus opaques que ces prétendants. Si l'on observe un bonbon en gélatine du commerce, on remarque sa transparence et sa minime rigidité. Et c'est sûrement cela qui plaît aux enfants, le fait que le bonbon soit d'une forme particulière et qu'il se mâche facilement.

 

  • Point b): l'aspect gustatif

Le verdict est proche, il est en effet, l'heure de goûter nos bonbons. Premier bonbon, celui à la gélatine végétale. Lorsqu'on le met en bouche, le bonbon va complètement se désagréger et va laisser dans la bouche une sensation désagréable. Ensuite aucun goût n'est présent lorsqu'on le goûte. Alors qu'à l'odeur le sucre est bien présent ! Le deuxième bonbon, ne possède lui aussi aucun goût particulier, mais contrairement à l'autre il va fondre dans la bouche au lieu de se déstructurer. Néanmoins après avoir fait goûter à certaines personnes, on remarque qu'une personne sur trois aime les bonbons

 

Bilan:on peut conclure ici, que le bonbon à la gélatine animale est préféré. On comprend donc le choix des fabricants sur cette gélatine. Effectivement un enfant va une nouvelle fois rechercher le côté fondant du bonbon. De plus, pourquoi n'avons pas eu de goût à nos bonbons: nos expériences sont réalisées sans aucun additif à l'inverse des fabricants. On en conclut que le goût, lors d'une gélification, apparaît à l'ajout d'additifs.

 

  • Point c): l 'aspect nutritionnel

 

L'agar-agar apporte 3 calories par gramme, réparties comme ceci :

  • 62,43% de protéines

  • 26,01% de lipides

  • 11,56% de glucides

 

C'est aussi un aliment riche en fibres avec de léger effets laxatifs, mais qui a forte dose, le bonbon peut provoquer des flatulences. Il est également utilisé dans différents régimes minceur car il gonfle une fois dans l'organisme et augmente la durée de sensation de satiété. Il peut aussi capter les sucres, les graisses et les toxines. De plus, il est éliminé directement et n'est pas stocké par l'organisme car il n'est pas possible de le digérer. Enfin, l'agar-agar contient des minéraux et des oligoéléments.

Concernant nos bonbons en gélatine animal, on sait que 100g de gélatine apportent 62 calories et contiennent 1,22g de protéines et 14,19g de glucides.

 

Bilan: Une nouvelle fois, on comprend pourquoi la gélatine animale sera préférable à une gélatine végétale. En effet , un enfant préférera un bonbon sucré plutôt qu'un bonbon plus complet et plus accès vers un régime . Néanmoins on ne peut pas ignorer le côté pratique du bonbon à base d'agar-agar avec l'ensemble des valeurs amincissante qu'il possède.

Conclusion

Publié le 17/03/2011 à 18:15 par tpegelification1s

Pour conclure notre TPE, nous avons vu premièrement, au cours des articles précédents, comment nos deux gélatines sont formées. De cette première partie on peut donner l'avantage à l'agar-agar, en effet sa fabrication est d'abord naturel (issu de plante, aucun traitement chimique), mais aussi beaucoup plus rapide que pour la gélatine animale. Enfin la gélatine en elle même à un pouvoir gélifiant 8 fois plus rapide que son homonyme animal. L'agar-agar marque donc un point dans cette catégorie. C'est en partie à cause de sa que l'on trouve de plus en plus d'aliments gélifiés à base d'agar-agar.

Dans notre deuxième partie, nous avons comparés les deux procédés de gélification. Néanmoins on ne peut pas vraiment trouver de vainceur dans cette comparaison. Peut être que la gélification d'agar-agar est moins simple à réalisé, dans la gestion des tensionsactifs. Ainsi on ne peut pas vraiment départager les deux gélatines.

C'est pour cela que nous avons mis au point notre experience pour départager vraiment nos deux gélatines. D'après les résultats obtenus la gélatine animale sort mainte fois en tête. Car si l'on se place toujours dans l'esprit du consommateur, un bonbon fondant, sucrée et peut rigide plaira. Pourtant, le végétal est une vrai révolution que l'on ne peut négliger, pour ces vertus amincissante ou bien encore qu'elle permet au végétarien de manger des bonbons comme tout le monde.

Pour faire simple, la gélatine végétal fait peut à peut son apparition dans le monde de la cuisine. Elle possède des avantages comme des inconvénients , mais peut s'imposer chez les fabriquants comme un renouveau et un gain de temps de fabrication.

Ainsi s'achève notre TPE, nous vous remercions de tout coeur de l'avoir lu et d'y avoir prêter attention. Par la suite nous voudrions remercier nos professeurs encadrants à savoir Madame Brun professeur de physique-chimie, Madame Gil professeur de Sciences et vie de la terre et enfin Madame Pujol professeur de Mathématique qui nous ont étaient à eux trois d'une très grande aide, surtout au moment où nous nous égarions.

Encore Merci et à bientôt.

Bibliographie

Publié le 17/03/2011 à 20:45 par tpegelification1s

Ici vous retrouverez tous les sites web qui nous ont aidé dans nos recherches.

 

http://fr.ekopedia.org/G%C3%A9latine

 

http://www.intellego.fr/soutien-scolaire-1ere-S/aide-scolaire-Chimie/La-gelification/19806


http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9latine


http://www.cuisine-et-molecule.fr/techniques/gelification


http://sites.google.com/site/tpecuisinemoleculaire/quelques-principes-de-base-utilises-dans-la-cuisine-moleculaire/la-glification

http://perlespherification.e-monsite.com/rubrique,phenomene-chimique,1086085.html

http://www.cuisine-et-mets.com/desserts/bonbons-confiseries/bonbons-gelifies.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9latine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tissu_conjonctif

http://fr.wikipedia.org/wiki/Collo%C3%AFde

http://fr.wikipedia.org/wiki/Agar-agar

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mucilage

http://www.supertoinette.com/fiche-cuisine/379/gelatine.html

http://www.agar-agar.org/explications.htm

http://www.cleacuisine.fr/autres/tout-sur-agar-agar/

http://www.linternaute.com/femmes/forme/regime/conseil/0706-agar-agar.shtml

http://www.ligne-en-ligne.com/aliment-agar-agar-7108.html


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