TÉCHNIQUE ANALYTIQUE
CHIMIE 1515
THÉORIE SUR LA VINAIGRETTE
Comme indiquée dans le protocole et dans l'introduction, l'étude au laboratoire de la vinaigrette s'est faite sur l'analyse de deux composés à savoir le vinaigre et l'huile par la méthode du titrage acide-base. En ce qui nous concerne dans la théorie nous tenterons d'expliquer les différentes grandes réactions qui apparaissent au courant de cette étude.
Concept acide-base:
Les premières notions de chimie indiquent que les substances acides se dissolvent dans l'eau en produisant un surplus d'ions hydrogène (H+) et les substances basiques se dissolvent en produisant des ions hydroxiles (OH-). Les ions sont des produits chimiques électriquement chargés. Les acides forts produisent des concentrations plus élevées de H+ que les acides faibles (il en est de même pour les bases ). On peut généraliser et dire que la solubilité dans l'eau de la plupart des acides communs est élevée c'est à dire qu'on peut les mettre dans l'eau, les dissoudre et produire ainsi une solution d'ions. Les acides ne sont pas inflammables même si certains acides très concentrés peuvent enflammer d'autres substances. Les acides réagissent au contact des métaux, parfois lentement et ce faisant produisent des gaz hydrogène inflammables et explosifs.
Les acides neutralisent les bases en d'autres termes les ions hydrogène réagissent au contact des ions hydroxiles pour produire de l'eau et de la chaleur: réaction globale
| <--> | un sel + eau + chaleur. |
La soude caustique base dont la formule chimique est: NaOH, neutralise un déversement d'acide chlorhydrique dont la formule chimique est HCl: réaction de neutralisation
| <--> | H2O + NaCl (sel de table). |
La présence de l'eau est capital dans le concept acide -base. On pourrait envisager d'ajouter de l'eau aux acides et bases afin de les diluer et de les rendre ainsi moins concentrés donc moins dangereux.
Une règle empirique veut que dans un laboratoire de chimie qu'on ajoute toujours l'acide à l'eau, jamais l'eau à l'acide. Car la seule façon de combiner les deux en cas de déversement, peut entraîner la projection et le bouillonnement de l'acide. La dilution peut aussi provoquer le réchauffement de la solution (c'est ce qu'on appelle la chaleur de dilution); ce qui réduira la solubilité de l'acide dans l'eau et entraînera la production de vapeur d'acide.
La plupart de gens sont familiariser par la notion de pH qui est utiliser pour indiquer le degré d'acidité ou de basicité d'une solution. Les solutions dont le pH se situe entre 0 et 6 sont acides, celles dont le pH est de 7 sont neutres et celles finalement dont le pH est situé entre 8 et 14 sont basiques. On peut effectuer la lecture du pH à l'aide du papier tournesole et en observant sa couleur changer; à chaque couleur correspond un pH bien déterminé et la lecture du pH s'effectue de plus en plus à l'aide d'un pH-mètre où la valeur du pH est affichée à l'écran. Mais avant d'utiliser le pH-mètre il faut le calibrer et pour ce faire un protocole de calibration est toujours disponibles dans les laboratoires.
| pH neutre | Région basique |
0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14
L'une des propriétés des acides est leur corrosivité qui est la capacité d'une substance de détruire visiblement la peau et certains tissus.
Voici un tableau de quelques substances courantes et leur pH.
| pH | |
|
Acide chlorhydrique (nettoyant pour tuyaux d'écoulement) |
0,1 |
|
Acide sulfurique (acide pour accumulateurs) |
0,3 |
|
Hydroxyde de sodium (nettoyant pour tuyaux d'écoulement) |
14,0 |
| Eau de pluie | 5,5 |
| Eau de mer | 7,8 à 8,2 |
|
Acide citrique (jus de citron) |
3,0 |
|
Vinaigre (5% d'acide acétique) |
2,4 |
| Vins | 2,8 à 3,8 |
Comme on peut le constater, les valeurs de pH de certaines substances courantes sont assez faibles (très acides) donc très corrosifs.
PROCÈSSUS DE PRODUCTION DU VINAIGRE:
La synthèse d'acide acétique dans le but de fabriquer du vinaigre se fait par les levures qui sont des micro-organismes. Nous tentons d'expliquer par ce qui suit les grandes étapes de ce processus.
La synthèse d'acide acétique par les levures en présence d'une source de glucose:
La transformation des fruits en vinaigre présente l'intérêt d'être simple, sans nécessiter de matériel ou d'emballage coûteux. En dehors des traitements préalables (lavage des fruits, extraction des jus, concentration en sucre), la spécificité du traitement repose essentiellement sur deux phases de fermentation successives : la fermentation alcoolique et la fermentation acétique.
Les fruits les plus appropriés à la préparation
du vinaigre sont essentiellement l'ananas, la banane-poyo, le
fruit de la passion, l'orange, le corossol, la papaye et la mangue.
Les fruits sains et mûrs sont pesés puis soigneusement
lavés à l'eau propre. Les ananas, après équeutage,
sont découpés en tranches puis le jus est extrait
au moyen d'une presse à vis sans fin (ou une presse en
bois). Les oranges sont découpées en deux et le
jus tiré à l'aide d'un presse agrume. Les fruits
pulpeux (mangue, papaye, corossol, banane-poyo) subissent un traitement
spécifique : extraction de la pulpe avec élimination
du noyau ou des pépins, broyage et stabilisation des pulpes
par blanchiment à la vapeur ou sulfitage par acidification
à l'acide citrique (0,5 et 3 g par kg). La purée
ainsi obtenue est utilisée par la suite.
Les jus recueillis sont lentement chauffés dans des marmites jusqu'à apparition de vapeur (75 à 80 °C) puis maintenus à cette température pendant 15 à 20 minutes. Ils sont ensuite refroidis par trempage des marmites dans un bassin d'eau froide pour abaisser la température aux environs de 30 °C. Après repos survient une précipitation des substances (pectine, cellulose, etc.) responsables de la turbidité du liquide. Le temps de repos est fonction de la richesse en pectine des fruits. Ainsi, pour un jus pauvre en pectine tel que le jus d'ananas, les premiers précipités apparaissent au bout de deux heures. Pour les fruits pulpeux riches en pectine, le recours aux pectinases est nécessaire si l'on veut obtenir un produit final limpide. Les taux d'utilisation sont de l'ordre de 15 mg par litre de pulpe (ou 15 ml si le produit est liquide). On laisse agir les pectinases 60 à 90 minutes à une température de 45 °C.
Les jus sont enfin filtrés et soumis aux fermentations
alcoolique et acétique. Le filtrage peut se faire avec
du tissu (mousseline, kaki, coton). Pour une unité plus
importante, on peut utiliser certains appareils (filtre tambour,
filtre à plaques, centrifugeuse). Avant ensemencement pour
la fermentation, les jus doivent être concentrés
en sucre. Le taux initial de sucre des jus est déterminé
par réfractomètre, puis on procède à
la concentration, soit par élimination d'eau par évaporation,
soit par addition de sucre (saccharose) en poudre pour atteindre
un taux final de sucre des jus ou extrait sec réfractométrique
de 18 à 20 % (1) ce qui permettra d'obtenir un vin de base
à au moins 10 degrés d'alcool à la fin de
la fermentation (2) et un vinaigre à environ 6 - 7 degrés
acétiques à la fin du processus de fabrication.
Les jus de fruits clarifiés concentrés sont alors
additionnés de levures alcoogénes qui se chargent
de transformer les sucres fermentescibles initiaux en alcool éthylique
à la température ambiante pendant quelques jours.
On utilise à cet effet les levures de boulangerie de type
Saccharomyces cerevisae, saf-levure instantanée, sous forme
sèche-active. Ces levures sont couramment vendues dans
les supermarchés en boîte métallique ou en
emballage cartonné. Avant ensemencement, les levures sont
réactivées pendant 60 à 90 minutes, à
la température ambiante (25 - 30 °C) dans une solution
acqueuse de saccharose à 12 % (P/P)(3). La quantité
de levure varie de 30 à 200 g/hl. Elle détermine
généralement la durée de la fermentation
alcoolique ; ainsi pour les taux indiqués celle-ci variera
de 120 à 48 heures à la température de 28
à 30 °C. Les Levures sont
des Champignons microscopiques, aux
cellules ovoïdes de quelques millièmes de millimètres
de largeur, se détachant faciliment les unes des autres
et, de ce fait, bien adaptées à la propagation dans
les liquides.
La cellules de Levure est une cellule typique d'eucaryote comprenant une paroi rigide, un noyau limité par une membrane nucléaire, un cytoplasme contenant divers organites et inclusions dont des mitochondries et une grande vacuole.
Les Levures, comme tous les Champignons sont des hétérotrophes et exigent donc du carbonne organique. Certaines se contentent de glucose, d'autres demandent en outre vitamines et amino-acides... Leurs besoins azotés sont généralement couverts par des sels d'ammonium, mais d'autres substances peuvent être utilisées : acides aminés, urée..., ou même les nitrates.
La dernière étape de transformation consiste à l'oxydation de l'éthanol du vin de base en acide acétique. Différents ingrédients sont utilisés dans des proportions bien déterminées pour favoriser le développement des bactéries acétiques dans le milieu. Le liquide fermentaire est placé dans des récipients appropriés (fût, dame-jeanne, etc.) puis laissé à l'air. Il s'ensuit une oxydation de l'éthanol du vin de base qui permet d'obtenir en cinq semaines du vinaigre à au moins 7 degrés acétiques. Celui-ci sera ensuite conditionné dans des bouteilles en plastique après avoir été de nouveau filtré.
Réaction de synthèse d'éthanol par les levures:
1ère étape de synthèse:
C6H12O6(glucose) CH3-COH-COO- (pyruvate) CH3-CH2OH (éthanol)
Gros plan:
Le reste de la synthèse se fait à l'air libre, il s'agit de l'oxydation de l'éthanol.
CH3-CH2OH (ethanol) + O2(air)
donne: C2H4O2(acide acétique)
molécule d'acide
acétique.
Cette oxydation termine la phase de production de l'acide acétique du vinaigre qui constitue son composé principal. Ce qui fait que son dosage par une base constitue l'analyse du vinaigre.
MÉTHODE D'ANALYSE ACIDO-BASIQUE: ( méthode applicable pour l'anlyse de l'acidité des huiles et de l'étalonnage des différentes solutions à étalonner).
Appliquée à l'acide acétique, cette notion s'exprime par:
|
|
En fait, 3 équations rigoureuses au moins permettent d'arriver à ce résultat:
a) l'équation de l'acidité potentielle totale (A.P.T.):
b) l'équation de l'électroneutralité des
charges (ELN):
c) l'équation de l'alcalinité (ALC) :
Aménagées, on observe qu'au niveau mathématique ces trois équations s'expriment finalement de manière identique et conduisent, par voie de conséquence, au même résultat graphique.
La saponification:
L'analyse des huiles s'est fait par la détermination de l'indice de saponification(la saponification est un procédé qui mène à la fabrication du savon) de certaines huiles qui est procédé au bout duquel on a la formation de savon du à la réaction de l'acide gras et de la base, car c'est un procédé qui utilise le titrage acide-base, mais qui demande un préalable avant de commencer le titrage(voir montage).
On assemble l'erlen à joint rodé contenant l'échantillon d'huile et la solution de KOH à un réfrigérant, on met l'erlen dans un bain marie bouillant, on laisse réagir pendant 30mn en agitant une ou deux fois pendant cette période. On sort l'erlen du bain marie et on laisse refroidir pendant quelques mn(1ère phase), et on procède au titrage par l'acide chlorydrique (HCl)(2ème phase)
Les étapes du tirage par l'HCl sont les mêmes pour l'analyse du vinaigre; et cette analyse ne se fait que par la 2ème phase de l'étude de l'indice de saponification. Les étapes de la 2ème phase sont :on mesure l'échantillon à titrer dans l'erlen et on y ajoute quelques gouttes d'un indicateur qui nous permettra de visualiser le point équivalent en changeant la couleur de la solution et en fin on procède au titrage en versant goutte à goutte à l'aide d'une burette la quantité de titrant nécessaire pour neutraliser l'échantillon; cf(montages).
Montage 1ère phase:
Montage 2ème phase:
titrage acide-base en présence d'un indicateur.
Équation bilan:
ici R ; R' ; et R" sont équivalents à: CH3-(CH2)2-
Le méthanol est un bon solvant pour l'eau et pour les composées organiques (Ici l'ester).
Le savon est un produit de première nécessité son domaine d'utilisation est très large, mais on va parler de son mécanisme d'action sur le linge.
a) Un savon est un mélange de carboxylate de sodium de formule R - COONa
R est un groupement alkyle à chaîne linéaire possédant un nombre d'atomes de carbone généralement supérieur à 10.
b) Les savons ont une partie hydrophobe ( la chaîne alkyle) et une partie hydrophile (COO-)
c) Les savons sont formés des espèces ioniques.
d) Les savons forment des structures micellaires qui permettent de solubilisee les huiles et les graisses.
molécule d'huile sous forme de micelle
mécanisme d'action du savon pendant le linge:
Les micelles formées se repoussent par des interactions électrostatiques. On les élimine par simple lavage.
La réfraction:
En fin la dernière méthode qui nous permis d'analyser les huiles étaient la mesure de l'indice de réfraction par un appareil (le réfractomètre).
RÉFÉRENCES:
Chimie 1515
SITE altavista.com(au niveau des pages web en rapport du sujet.)
Notes de cours chimie analytique(CHI 1103)
