Aspects physico-chimiques de l'alimentation
Introduction :
Ce cours traite des aliments et, plus précisément, des procédés chimiques et physiques qui interviennent dans leur élaboration, leur conservation et leur dégradation.
Dans un premier temps, nous étudierons l’oxydation, puis nous aborderons la conservation. Enfin, nous verrons un exemple de procédé chimique nécessaire à l’élaboration de certains plats : l’émulsion.
L’oxydation des aliments
L’oxydation des aliments
Définition
Oxydation :
L’oxydation est un phénomène naturel qui touche presque tous les composés en contact avec le dioxygène de l’air. L’oxydation est le phénomène qui explique, par exemple, l’apparition de taches sur une banane laissée à l’air libre.
La dégradation
La dégradation
À retenir
Le dioxygène provoque la dégradation progressive des aliments en contact avec l’air.
Le goût, les qualités nutritives, mais aussi l’aspect sont altérés On peut le voir en comparant un morceau de viande sans conservateurs, et un morceau de viande auquel on a ajouté des conservateurs.
Comparaison entre une côtelette fraîche et une côtelette oxydée
La vitesse de transformation dépend des facteurs environnementaux (UV, température, taux de dioxygène) et de la présence ou non d’un agent conservateur.
Chaque aliment est plus ou moins sensible à chaque facteur. Des stratégies différentes sont donc mises en place afin allonger la durée possible de consommation.
L’oxydation des aliments
Comme on peut le voir ici, un aliment se dégrade s’il est en contact avec l’air. Un aliment conditionné sous vide sera donc conservé plus longtemps.
D’autre part, l’oxydation s’accélére si on ajoute dans un même temps une exposition aux rayons UV, c’est-à-dire au soleil. Au contraire, l’application d’un antioxydant ralentira le phénomène.
L’acide ascorbique (vitamine C) est un antioxydant courant qui est présent naturellement dans le jus de citron. Il forme une couche protectrice et s’oxyde à la place de l’aliment.
Astuce
C’est le même principe qu’avec les produits antirouille sur du fer, on « sacrifie » une couche d’un autre matériau pour protéger celui présent en dessous.
Il existe d’autres antioxydants naturels :
- l’acide lactique, dont on se sert pour protéger les légumes (on parle de légumes lacto-fermentés) ;
- la lécithine, extraite le plus souvent du soja, et qui sert aussi d’émulsifiant ;
- le citrate de sodium, également connu pour ses propriétés antimicrobiennes.
À retenir
Les bactéries pathogènes sont la deuxième cause majeure de dégradation des aliments.
L’influence de la température
L’influence de la température
La température de conservation du lait a un impact sur le taux d’acide lactique présent dans celui-ci. En effet, le lactose du lait se transforme en acide lactique lorsqu’il s’oxyde.
- Si le lait est conservé au frais, les enzymes responsables de sa dégradation ne pourront pas jouer leur rôle.
- À l’inverse, si on laisse le lait à température ambiante, il s’oxydera très vite. On dira que le lait « caille ».
À retenir
La température à laquelle on expose les aliments a un impact sur leur structure moléculaire.
Exemple
L’huile d’olive rancit à 180°C. C’est un facteur à prendre en compte, non seulement lorsqu’on conserve les aliments mais aussi quand on les cuisine.
La conservation des aliments
La conservation des aliments
Dans la première partie, on a vu les différents processus qui expliquent la dégradation des aliments. Voyons à présent quels sont les moyens de les conserver plus longtemps.
Conservation par un procédé chimique
Conservation par un procédé chimique
À retenir
Les antioxydants améliorent la conservation des aliments. Ils sont classés entre le E300 et le E385 par l’industrie alimentaire.
Les antioxydants naturels sont ceux qui sont déjà présents dans les aliments.
Aliments contenant une forte dose d’antioxydants
Outre les antioxydants naturels, qui n’ont aucun impact négatif sur la santé, on peut également se servir de produits de synthèse dont 13 sont autorisés en France. Ces produits étant parfois dangereux à haute dose, comme le E320 et le E321 qui sont des allergènes reconnus, ils sont soumis à une DJA (dose journalière admissible) très stricte.
Parmi ces antioxydants de synthèse, on peut citer les gallates (E310), l’acide tartrique (E334) et l’acide adipique (E355). Chacun est utilisé de façon préférentielle avec une certaine classe d’aliments.
Toutefois, l’utilisation de ces produits n’est pas toujours suffisante pour assurer la longévité des aliments. On peut donc faire appel à des procédés physiques de conservation.
Conservation par un procédé physique
Conservation par un procédé physique
Il existe de nombreuses méthodes de conservation par procédés physiques.
On peut empêcher le développement des micro-organismes :
- en maintenant l’aliment entre 0°C et 4°C à l’aide d’un réfrigérateur, ou en le congelant ;
- en le déshydratant par lyophilisation ou salaison ;
- en le soumettant à une chaleur intense. On parle de pasteurisation si la température est inférieure à 100°C et de stérilisation au-dessus.
On peut aussi limiter les facteurs d’oxydation :
- en protégeant les aliments de la lumière UV ;
- en les maintenant dans un espace clos sans dioxygène, dans un emballage adapté ou dans une boîte de conserve par exemple.
À retenir
Le plus souvent, on utilise plusieurs de ces méthodes en même temps.
Exemple
Ainsi, un réfrigérateur maintient les aliments au frais tout en les protégeant des rayons UV.
De même, les aliments présents dans une boîte de conserve ont été soumis à une chaleur intense avant d’être isolés du dioxygène par l’emballage.
Les méthodes de modification alimentaire n’ont pas pour seul intérêt la conservation. On peut également s’en servir en cuisine, par exemple avec les émulsions.
Les émulsions culinaires
Les émulsions culinaires
Définition
Émulsion :
Une émulsion est un mélange homogène de deux liquides non-miscibles qui reste stable. Cela signifie que même avec le temps, les deux phases ne se séparent pas. Par exemple, la mayonnaise et le beurre sont des émulsions.
En cuisine, une émulsion consiste à mélanger de façon homogène un corps gras et un corps aqueux.
Les lipides ne sont pas miscibles à l’eau.
- On dit qu’ils sont amphiphiles, c’est-à-dire qu’ils possèdent un groupement hydrophile et un groupement hydrophobe.
Par ailleurs, leur composition moléculaire implique que leur chaîne carbonée n’est pas chargée électriquement.
- On parle de chaînes apolaires.
L’eau $(\text{H}_2\text{O})$ est chargée électriquement, elle est donc polaire.
Par conséquent, des molécules amphiphiles présentes dans l’eau vont s’organiser en groupes pour placer leur tête hydrophile vers l’extérieur et leur chaîne hydrophobe vers l’intérieur (le plus loin possible de l’eau).
À retenir
On appelle cette structure qui est à l’origine de la vie et de l’organisation des cellules une micelle.
Exemple
La mayonnaise résulte d’une émulsion entre un jaune d’œuf et de l’huile.
Une micelle d’huile dans l’eau
Lorsqu’on mélange l’huile et le jaune d’œuf, l’huile tend à remonter à la surface du fait de sa moindre densité. Dans toute émulsion, il faut donc un agent qui permette de garder les gouttelettes dispersées malgré les forces gravitationnelles.
Dans la mayonnaise, ce sont les molécules tensio-actives contenues dans le jaune d’œuf qui jouent ce rôle (la lécithine).
Le fait de battre le mélange permet non seulement de mélanger les deux phases mais également de dénaturer les protéines du jaune d’œuf. Ainsi, les liaisons les plus faibles se rompent et les protéines deviennent de longues chaînes d’acides aminés ce qui facilite leur insertion entre les gouttelettes d’eau.
En se déroulant, les protéines exposent leurs atomes de soufre, habituellement situés au cœur de la protéine. Ces atomes ont tendance à se lier avec des ponts disulfures, ainsi, toutes les protéines se lient les unes aux autres en un réseau très dense, emprisonnant les gouttelettes d’huile et formant des micelles.
La mayonnaise est donc un ensemble de micelles entourées d’eau. Plus les micelles sont petites, plus la mayonnaise est ferme.