Biochimie alimentaire - Glucides PDF

Biochimie alimentaire  Glucides I. Définition: Les glucides sont des composés organiques naturels ou artificiels constitués principalement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils sont également appelés " Hydrate de carbone " à cause de leur formule brute : Cn(H2O)n....

Biochimie alimentaire  Glucides I. Définition: Les glucides sont des composés organiques naturels ou artificiels constitués principalement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils sont également appelés " Hydrate de carbone " à cause de leur formule brute : Cn(H2O)n. Certains glucides, solubles dans l'eau possèdent un goût sucré et sont appelés sucres. Cependant, il faut noter qu'ils existent des substances qui ont un pouvoir sucrant, parfois plus élevé que celui des glucides sucrés, mais ce ne sont pas des glucides. Ces substances sont appelées édulcorants. Les glucides constituent le groupe des composés organiques les plus abondants dans la nature.  Glucides II. Classification des glucides : Les glucides sont classés en deux grandes catégories : oses et osides. Les oses (ou monosaccharides) sont les composés les plus simples des glucides. La combinaison de plusieurs oses conduit à la formation d'un oside (ou saccharide). Ces derniers sont aussi divisés en deux groupes : les holosides et les hétérosides. Les holosides sont divisés en deux groupes: Les diholosides (ou disaccharides) et les polyholosides (ou polysaccharides) qui sont les glucides les plus important en industries Glucides  Glucides III. structure des glucides: 1) Les oses : Monosaccharides: Les oses, ou monosaccharides, sont les plus simples des glucides. Ce sont des polyalcools portant une fonction aldéhyde ou cétone voisine d'une fonction alcool, non hydrolysables et doués d'un pouvoir réducteur. Ils ont pour formule brute : Cn(H2O)n. Les monosaccharides, ou sucres simples, sont formés d’une seule chaîne (linéaire ou cyclique) contenant 3 à 6 atomes de carbones. Leur formule générale est (CH2O)n, n étant le nombre d’atomes de carbone. Les oses les plus abondants portent 5 ou 6 atomes de carbone, on les appelle des pentoses (n = 5, ex. le ribose et le désoxyribose) ou des hexoses (n = 6, ex. le glucose, le fructose et le galactose).  Glucides Le plus simple des oses est le glycéraldéhyde qui est un triose constitué de 3 atomes de carbones, 2 fonctions alcool et une fonction aldéhyde.  Glucides Les plus connues des oses sont le glucose, le galactose et le fructose doués d'un pouvoir sucrant. Ce dernier n'est pas identique pour les trois molécules ; le glucose et le galactose goûtent beaucoup moins sucré que le fructose. On retrouve du glucose et du fructose dans la plupart des végétaux au goût sucré.  Glucides 2) Osides : Saccharides: Un oside, ou saccharide, est un composé qui par hydrolyse libère des oses. Cette hydrolyse peut libérer, à côté des oses, des groupements de nature non glucidique appelés " groupement aglycones ". Les plus connues des diholosides sont le saccharose, le lactose et le maltose. En revanche, l'amidon, la cellulose et le glycogène sont des polyholosides(comportent plus de 3 oses par molécule).  Glucides Saccharose: Le saccharose est le sucre de table ordinaire, extrait de la betterave sucrière et de la canne à sucre. Le saccharose est un diholoside (disaccharide) non réducteur de formule chimique C12H22O11 qui se forme par l'union d'un glucose à un fructose. Au cours de la réaction, le groupement OH d'un des deux sucres se lie à un H du OH de l'autre sucre. Il se forme alors une molécule d'eau. Les deux sucres demeurent liés par l'intermédiaire d'un O. Ce type de réaction où deux molécules simples s'unissent avec dégagement d'une molécule d'eau est appelé réaction de condensation (ou synthèse par déshydratation). La réaction inverse est appelée hydrolyse.  Glucides Maltose: Le maltose est un diholoside (disaccharide) réducteur de formule brute C12H22O11 , constitué par l’union de deux molécules de glucose unies par une liaison osidique alpha 1-4. Le maltose se forme par action de l'enzyme amylase sur l'amidon. Le maltose est un sucre facilement digestible et est utilisé pour préparer des aliments pour nourrissons, comme la farine lactée et certaines boissons. Fermenté par la levure, il est important pour le brassage de la bière. Glucides  Glucides Lactose: Le lactose est un diholoside (disaccharide) réducteur de formule brute C12H22O11, constitué d’une molécule de glucose et d’une molécule de galactose uni par une liaison osidique bêta 1 - 4. C'est le sucre du lait,  Glucides -Polysaccharides: a - L’amidon: L'amidon est un polysaccharide composé de chaînes de molécules de D-glucose, L'amidon se trouve dans les organes de réserves de nombreuses plantes :  les graines (en particulier les céréales (maïs ) et les légumineuses),  les racines,  les tubercules et rhizomes (pomme de terre, patate douce,  Glucides L'amidon est un mélange de deux homopolymères, l'amylose et l'amylopectine,  L’amylose est formée de chaînes de 250 à 600 résidus d’α - glucose associés par des liaisons osidiques 1→ 4. Cette chaîne possède une structure spatiale hélicoïdale.  Glucides  L’amylopectine présente une structure ramifiée comportant environ 1000 à 2500 résidus de glucose groupés en chaînes de 20 à 25 résidus d’α - glucose reliés par des liaisons 1 → 4. Les chaînes sont unies les unes aux autres par des liaisons 1 → 6.  Glucides b- Le glycogène: Le glycogène c’est le correspondant animal de l’amidon. Il représente la principale forme de réserve glucidique des animaux. Abondant chez les Vertébrés (muscles et foie), le glycogène se rencontre également chez certaines bactéries, des algues et les levures. La structure chimique du glycogène est analogue à celle de l’amylopectine, mais sa masse moléculaire est généralement plus élevée.  Glucides c - La cellulose: La cellulose C’est un constituant uniquement végétal qui ne représente pas une substance de réserve mais un matériel structural ayant un rôle de soutien La cellulose, substance blanche et fibreuse est insoluble dans les solvants usuels y compris l’eau, bien qu’elle soit hydrophile. Elle fixe de façon non spécifique de nombreux colorants (rouge Congo, bleu de toluidine...). La cellulose est un polyglucose formé par un enchaînement de β -glucose par des liaisons 1 → 4. C’est une chaîne droite résultant de l’union de 1500 à 10000 résidus de β - glucose selon l’origine.  Glucides IV. Propriétés physico-chimiques des oses a) Solubilité : Les oses sont solubles dans l’eau car présente plusieurs groupes OH qui se lient avec l’eau par des liaisons hydrogènes L’amidon est insoluble dans l’eau froide, dans l’eau chaude les liaisons entre les atomes se dilatent les molécules de glucose qui composent l’amidon s ’espacent, les molécules d’eau se glissent dans ces espaces et arrivent à solubiliser plus au moins l’amidon  Glucides b) Pouvoir rotatoire: On dit qu’une substance est optiquement active ou douée d’un pouvoir rotatoire lorsqu’elle fait dévier le plan de polarisation de la lumière d’un angle alpha,  Glucides c) L’indice de réfraction: Si on dissout un ose ou un oside dans l’eau, l’indice de réfraction augmente, l’indice de réfraction d’une solution de sucre augmente avec la concentration,  Glucides d) Pouvoir sucrant: Certains glucides sont caractérisés par leur pouvoir sucrant, exemple: Fructose: 1,2;sacharose: 1; glucose: 0,7; e)Thermo dégradables: A la chaleur il y a cristallisation du sucre : formation du caramel,  Glucides V. Intérêt fonctionnel du glucides: 1) Caramélisation Le sucre est chauffé au-delà de son point de fusion (passage de l’état solide à l’état liquide). Il subit une hydrolyse et libère du fructose et du glucose, Le glucose et le fructose subissent une réorganisation de leur structure, suivie d’une déshydratation, puis d’une cyclisation. Plusieurs composés chimiques sont obtenus :  Maltol : qui est responsable de la saveur douce caractéristique du caramel.  Dianhydride de fructose (C12H20O10) ( acétal cyclique dérivée du fructose), un des composants donnant la coloration brune et la consistance caractéristiques du caramel.  Glucides 2) Gélification: Les gels de polysaccharides, essentiellement les pectines, sont très utilisés dans l'industrie agroalimentaire. Ils forment une pâte plus ou moins épaisse pour donner du volume aux produits alimentaires. a) Composition chimique des pectines: Les pectines sont des macromolécules qui se situent dans les parois végétales d’un grand nombre de végétaux. Elles sont composées d'une chaîne principale d'acide α- galacturonique (C6H10O7) lié en 1-4. Les pectines sont identifiées à partir de leur degré de méthylation (DM) exprimé en % du nombre de résidus méthylés par rapport aux résidus totaux. Cela peut aller de 60 % des groupes fonctionnels pour la pulpe de pomme à 10 % pour les fraises,  Glucides b) Formation des gels: Les pectines pour lesquelles le DM est de 50 sont dites faiblement méthylées. Elles gélifient en présence d'ions calcium. Le gel est beaucoup moins structuré en absence d'ions calcium. Ces pectines sont utilisées pour la gélification des laitages, des flans et des confitures allégées en sucre. Les pectines pour lesquelles le DM est supérieur à 50 sont dites fortement méthylées. Elles gélifient en présence de saccharose (50% en poids) et à pH acide. Ce type de pectines est utilisé pour la fabrication des confitures. La prise d’une confiture peut être favorisée par ajout de jus de citron. Celui-ci augmente l’acidité du milieu et la quantité de protons H+ en solution. Ces protons se lient aux extrémités carboxyliques (-COO-) des unités d’acide alpha- galacturonique et les neutralisent. La répulsion entre les chaînes de pectine (réalisée à la base sous l’effet de ces charges négatives sur les groupements carboxyliques) diminue et la formation du réseau de pectines est favorisée.  Glucides 3)Epaississement: augmenter la viscosité d’une solution:  Glucides 4)Dextrinisation: La dextrinisation correspond à l’action de la température sur l’amidon qui est transformé en dextrine, qui lui confère davantage de digestibilité et de solubilité. (chaînes de alpha D- glucose) Les dextrines sont plus digestes et donnent une saveur agréable aux préparations : biscuits, pâtes à tarte, roux brun, farines pour nourrissons, fritures…  Glucides 5) Les réactions de Maillard: La réaction de Maillard est l’ensemble des interactions résultant de la réaction initiale entre un sucre réducteur et un groupement aminé. Cette réaction a une importance dans la chimie des aliments. Dans la transformation des aliments pendant la cuisson, les réactions de Maillard jouent un rôle favorable sur l'aspect de coloration et sur le goût : formation de la croûte et arômes du pain, brunissement des viandes rôties … Elle peut aussi donner naissance à des composés cancérigènes et réduire la valeur nutritionnelle des aliments en dégradant les acides aminés essentiels.  Glucides Tout commence de par la réaction d'un acide aminé avec un sucre, comme par exemple, le glucose. Sous l'action de la chaleur, l'atome d'azote de la fonction amine et l'atome de carbone de la fonction aldéhyde mettent chacun deux électrons en commun, formant ainsi une double liaison. Le produit obtenu porte le nom de "base de Schiff".  Glucides Facteurs influents les réactions de Maillard: Les effets de la réaction de Maillard sont recherchés dans les opérations de cuisson des aliments. Dans d’autres cas, tel que le séchage du lait, cette réaction est indésirable du fait qu’elle est responsable de la modification de la couleur, du goût et de la valeur nutritionnelle du lait en poudre. La connaissance des facteurs influents la réaction de Maillard est essentielle pour l’accélérer ou la ralentir selon l’objectif recherché. La température et le temps de cuisson, le pH et l’humidité du milieu, la présence d’oxygène et d’inhibiteurs influencent la vitesse de la réaction de Maillard. La température est le facteur le plus influent. Il faut noter que la réaction a lieu même à 4°C, la conservation des aliments par le froid négatif permet de la ralentir.  Glucides 6) La fermentation: Produits laitiers: Dans les produits laitiers, le lactose joue un rôle en tant que substrat de fermentation lactique pour les bactéries lactiques qui l’hydrolysent en glucose et galactose puis transforment ces hexoses en acide lactique, Pain : La levure fermente le glucides libres de la farine avec production de CO2 et l’alcool,  Glucides 7) Intérêt technologique de la cellulose: Exemple: carboxyméthylcellulose:  Un bon agent de rétention d’eau en pâtisserie,  Utiliser pour empêcher la cristallisation de sucre en confiserie,  Pour faciliter la réhydratation des poudres de jus de fruit,  Glucides 4) Caractérisation biochimique des glucides: Analyse de Fehling (détecter et doser les sucres réducteurs)  analyse de Bertrand (exp: dosage des sucres réducteurs : exp lactose)  Polarimétrie  degré Brix ( pourcentage de matière sèche soluble)