Synthèse et titrage spectrophotométrique Exercice type bac

Louis Maillard rend publique sa découverte fortuite le 27 novembre 1911, dans une communication : "L'action des sucres sur les acides aminés". La "réaction" qu'il y décrit fait intervenir une succession de transformations chimiques au cours desquelles réagissent des acides aminés avec des sucres réducteurs pour conduire à la formation de mélanoïdines insolubles, composés de couleur caractéristique jaune-orangé, et à d'autres produits volatils et odorants.
Cette "réaction" se produit dans presque toutes les préparations culinaires, en particulier pendant la cuisson des viandes.
Plus la coloration des mélanoïdines est importante, plus le processus est avancé.

Le but de l'exercice est de montrer comment la connaissance et le contrôle de la "réaction" de Maillard permettent d'agir sur le goût et l'aspect d'un aliment.

Données :

Électronégativité (échelle de Pauling) de quelques éléments chimiques : \ce{H} : 2,2 ; \ce{C} : 2,6 ; \ce{N} : 3,0 ; \ce{O} : 3,4
Masse molaire moléculaire : M_{glucose} = 180 g.mol^-1 ; M_{alanine} = 89 g.mol^-1
Masse volumique de l'eau : ρ = 1{,}0 g.mL^-1
Arômes générés par la "réaction" de Maillard, en fonction des conditions expérimentales :

Acide aminé	Sucre	Arôme ou goût généré à 100 °C	Arôme ou goût généré à 180 °C
Cystéine	ribose	boeuf rôti
Lysine	glucose	pain (pH = 5{,}2) tisane (pH = 1)
Valine	glucose	pain de seigle	chocolat fort
Alanine	glucose	caramel	sucre brûlé
Méthionine	glucose	pomme de terre (pH = 5{,}2) viande (pH = 1)
Phénylalanine	glucose	rose	Violette

Les réactifs

Glucose

Alanine

Comment peut-on justifier que l'alanine est bien un acide aminé ?

Car cette molécule possède une fonction acide carboxylique et une fonction amine.

Car cette molécule possède une fonction amine qui a réagi avec un acide.

Car cette molécule possède une fonction acide carboxylique qui a réagi avec une amine.

Car cette molécule possède une fonction acide aminé.

Quelle caractéristique de l'alanine fait que celle-ci possède des stéréoisomères ?

Elle possède un atome de carbone asymétrique.

Elle possède un atome de carbone symétrique.

Elle possède plusieurs atomes de carbone.

Elle possède une liaison double.

Parmi ces couples de représentations de Cram de l'alanine, lequel correspond à deux énantiomères ?

Mécanisme d'une partie de la "réaction" de Maillard

Un des mécanismes proposé pour la "réaction" de Maillard fait intervenir trois étapes représentées figure 1. Les molécules de glucose et d'alanine sont respectivement représentées par les formules simplifiées suivantes :

Figure 1

Quelle est la bonne représentation indiquant les sites donneurs et accepteurs de doublets électroniques dans la molécule de glucose ?

Quelle est la bonne représentation indiquant les sites donneurs et accepteurs de doublets électroniques dans la molécule d'alanine ?

Quelle est la bonne représentation du mécanisme réactionnel rendant compte de l'étape 1 ?

Quelle est la bonne représentation du mécanisme réactionnel rendant compte de l'étape 3 ?

Quelle est la formule de l'espèce chimique A intervenant dans l'étape 3 ?

\ce{H2O}

\ce{HO-}

\ce{H3O+}

\ce{NH3}

Dans le but d'étudier et d'optimiser la "réaction" de Maillard, on effectue un suivi en laboratoire de la réaction conduisant aux mélanoïdines afin de déterminer les facteurs qui influencent sa cinétique.

Étude expérimentale

Produits, solutions :

Glucose solide ; alanine solide
Solution tampon phosphate : pH = 7,8
Solution tampon acétique pH = 4,8
Solution de glucose de concentration molaire c, dans chacune des solutions tampon
Solution d'alanine de concentration molaire c, dans chacune des solutions tampon

Lors des expériences, plusieurs tubes à essai fermés contenant un mélange équimolaire (solide ou en solution) de glucose et d'alanine ont été préparés et placés dans un bain-marie.
Différents paramètres ont été modifiés ou différentes substances ont été ajoutées, en fonction du facteur à tester.
Pour suivre l'évolution de la "réaction" de Maillard, une fois le tube à essai sorti de l'eau du bain-marie, on le plonge dans un bain eau-glace.
On introduit ensuite une partie du mélange dans la cuve d'un spectrophotomètre réglé sur une longueur d'onde de 420 nm. On relève l'absorbance A du mélange.

Les résultats obtenus pour chaque expérience sont retranscrits ci-dessous sous forme de graphiques :

Expérience 1 : mélange équimolaire de glucose et d'alanine dans une solution tampon phosphate, 80 min de chauffage à différentes températures.

Expérience 2 : mélange équimolaire de glucose et d'alanine à la température 80°C.

Expérience 3 : mélange équimolaire à 2{,}0 \times 10^{-3} mol de glucose solide et d'alanine solide dissous dans différents volumes d'eau (V_{eau rajoutée}), 80 min de chauffage à la température de 80°C.

Avant chaque analyse, les tubes à essai sont plongés dans un bain eau-glace.

Quel est le rôle de cette opération ?

Bloquer la réaction en diminuant brusquement la température du système

Augmenter la vitesse de la réaction en diminuant brusquement la température du système

Augmenter le rendement de la réaction en diminuant brusquement la température du mélange

Diminuer le rendement de la réaction en diminuant brusquement la température du mélange

Comment peut-on justifier le fait que des mesures d'absorbance permettent de suivre l'évolution de la "réaction" de Maillard ?

Car les mélanoïdines formées sont les seules espèces à absorber à 420 nm

Car le glucose et l'alanine sont les seules espèces à absorber à 420 nm

Car les mélanoïdines formées ont des propriétés acidobasiques

Car le glucose et l'alanine ont des propriétés acidobasiques

D'après les résultats des trois expériences, quels sont les facteurs qui influent sur la "réaction" de Maillard ?

La température, le pH et la concentration initiale en réactifs

La température, le pH et la couleur de la solution

L'absorbance de la solution, le pH et la concentration initiale en réactifs

L'absorbance de la solution, la longueur d'onde et la concentration initiale en réactifs

Quelles sont les masses des réactifs et d'eau à prélever pour réaliser le mélange équimolaire et avoir une réaction optimale à 80°C ?

m_{glucose}=2{,}0\times 10^{-3}\times 180=3{,}6\times 10^{-1} g
m_{alanine}=2{,}0\times 10^{-3 }\times 89 = 1{,}8\times 10^{-1} g
m_{eau}=V_{eau}\times \rho_{eau} = 1{,}0 \times 0{,}15 = 0{,}15 g, car on lit sur le graphique de l'expérience 3 qu'il faut rajouter environ 0,15 mL d'eau pour être dans les conditions optimales

m_{glucose}=2{,}0\times 10^{-3}\times 180=3{,}6\times 10^{-1} g
m_{alanine}=2{,}0\times 10^{-3 }\times 89 = 1{,}8\times 10^{-1} g
m_{eau}=V_{eau}\times \rho_{eau} = 1{,}0 \times 0{,}20 = 0{,}20 g, car on lit sur le graphique de l'expérience 3 qu'il faut rajouter environ 0,20 mL d'eau pour être dans les conditions optimales

m_{glucose}=2{,}0\times 10^{-3}\times 89 = 1{,}8\times 10^{-1} g
m_{alanine}=2{,}0\times 10^{-3 }\times 180 = 3{,}6\times 10^{-1} g
m_{eau}=V_{eau}\times \rho_{eau} = 1{,}0 \times 0{,}15 = 0{,}15 g, car on lit sur le graphique de l'expérience 3 qu'il faut rajouter environ 0,15 mL d'eau pour être dans les conditions optimales

m_{glucose}=2{,}0\times 10^{-3}\times 89 = 1{,}8\times 10^{-1} g
m_{alanine}=2{,}0\times 10^{-3 }\times 180 = 3{,}6\times 10^{-1} g
m_{eau}=V_{eau}\times \rho_{eau} = 1{,}0 \times 0{,}20 = 0{,}20 g, car on lit sur le graphique de l'expérience 3 qu'il faut rajouter environ 0,20 mL d'eau pour être dans les conditions optimales

Quel est alors le pourcentage massique d'eau ?

P=\dfrac{m_{eau}}{m_{eau}+m_{glucose}+m_{alanine}} = \dfrac{0{,}15}{0{,}15+0{,}36+0{,}18} = 0{,}22 = 22\text{ \%}

P=\dfrac{m_{eau}+m_{glucose}+m_{alanine}}{m_{eau}} = \dfrac{0{,}15+0{,}36+0{,}18}{0{,}15} = 4{,}5\text{ \%}

P=\dfrac{m_{glucose}+m_{alanine}}{m_{eau}} = \dfrac{0{,}36+0{,}18}{0{,}15} = 3{,}6\text{ \%}

P=\dfrac{m_{eau}}{m_{glucose}+m_{alanine}} = \dfrac{0{,}15}{0{,}36+0{,}18} = 0{,}28 = 28\text{ \%}

D'après le mécanisme réactionnel, pour quelle raison la "réaction" de Maillard est-elle favorisée par un pH supérieur à 11 ?

Car à pH=11, c'est la forme basique du groupe "amine" qui prédomine, favorisant ainsi la réaction entre l'alanine et le glucose

Car à pH=11, c'est la forme acide du groupe "amine" qui prédomine, favorisant ainsi la réaction entre l'alanine et le glucose

Car à pH=11, c'est la forme acide du groupe "aldéhyde" qui prédomine, favorisant ainsi la réaction entre l'alanine et le glucose

Car à pH=11, c'est la forme basique du groupe "aldéhyde" qui prédomine, favorisant ainsi la réaction entre l'alanine et le glucose

D'après la "réaction" de Maillard, quelles sont deux des raisons qui permettent d'expliquer qu'un aliment doré à la poêle n'a pas le même aspect ni le même goût que le même aliment cuisiné à la vapeur ?

La cuisson à la poêle implique une température plus importante que la cuisine à la vapeur.

La cuisson à la poêle implique une température moins importante que la cuisine à la vapeur.

La concentration initiale en réactifs est inférieure pour la cuisine à la vapeur à cause du grand volume d'eau employé.

La concentration initiale en réactifs est supérieure pour la cuisine à la vapeur à cause du grand volume d'eau employé.