INSTITUT SUPERIEUR D'ENSEIGNEMENT TECHNOLOGIQUE

DEPARTEMENT CHIMIE

La Chimie et le gteau au chocolat

DOSSIER PEDAGOGIQUE 2011

Par Pierre Bonmariage, Damien Granatorowicz, Caroline Jonein, Sandrine Lenoir, Arnaud Manant et Kevin Nyssen.

Ce dossier pdagogique est tir du dossier didactique "Le gteau au chocolat" ralis par Mlle Stphanie Schmeits (Examen de didactique; AESS Chimie; Ulg 2009)Nous la remercions pour son aimable autorisation.

A. PRESENTATION GENERALE

Cette anne, les tudiants de 2me anne de l'ISETChimie (HEL) vous proposent une activit ludique qui sera centr sur le gteau au chocolat.Le programme de l'activit consistera d'abord prparer un gteau au chocolat et illustrer les diverses tapes de la recette l'aide d'un diaporama.Ensuite pendant la cuisson, nous reviendrons sur certains des thmes voqus l'aide de posters et d'expriences simples.Nous examinerons galement les effets du chocolat sur l'organisme.Et nous terminerons bien sr la sance par la dgustation de notre gteau.

B. LA RECETTE

Ingrdients :

100 g chocolat noir, 100 g de sucre, 100 g de beurre, 2 ufs, 100 g de farine fermentante, 50 mL d'eau.

Prparation :

Faire fondre le beurre (1) et le chocolat (2) au micro-onde 500 W pendant environ 2 minutes.Sparer les blancs des jaunes dufs (3)Battre les blancs d'ufs en neige.Dans un plat, mlanger le sucre (4) et les jaunes dufs jusqu' ce que le mlange blanchisse, ajouter ensuite le chocolat, le beurre et l'eau. Bien amalgamer le mlange, incorporer la farine (5) et en dernier les blancs dufs battus en neige. Verser dans un moule en silicone et cuire (6) pendant 6 minutes au micro-onde, puissance 750 watts.

B. LES INGREDIENTS

1. LE BEURRE

Le beurre est une mulsion de 16 % deau dans 82 % de matire grasse. Le reste tant compos de casine (protine prsente dans le lait) et de sels minraux. Le beurre est riche en acides gras saturs, notamment en acide palmitique et en acide gras mono insatur : lacide olique. La matire grasse contenue dans celui-ci est utilise afin de donner une texture soyeuse la pte.

OH

O

OH

O

Structure de l'acide palmitique. Structure de l'acide olique.

2. LE CHOCOLAT

Le chocolat que nous utilisons est le fruit d'une srie complexe d'tape de fabrication dont voici le rsum :

Le chocolat est une matire htrogne comportant une suspension de fines particules de matires solides (sucre, grains de cacao) dans une phase grasse continue constitue de beurre de cacao.

Schma reprsentant des particules de cacao et de sucre disperses dans la phase continue de graisse.

La phase disperse est constitue de particules solides non grasses (45% de sucre, 20% de cacao). Ces particules doivent avoir une taille < 25 m pour ne pas donner de texture sableuse au chocolat. La phase continue est forme des graisses solides (beurre de cacao), contenant de nombreuses molcules aromatiques. Le chocolat est riche en lipides composs de triglycrides (triesters de glycrol) et dacides gras. Selon la nature du chocolat, la composition en lipides est diffrente :

Pour 100 g de chocolatnoir 27g

au lait 32gblanc 37g

Il est possible de dterminer la quantit de matires grasses prsente dans le chocolat l'aide d'un extracteur de Sohxlet.

Le principe est le mme que pour toute extraction, cest--dire transfrer un compos dune phase une autre. Dans le cas de lextracteur de Soxhlet, celui-ci permet dextraire un compos d'une phase solide et le faisant passer dans une phase liquide constitue par un solvant.

Schma dun extracteur de Soxhlet

Au cours de cette exprience, nous allons procder lextraction des matires grasses solubles dans de l'ther de ptrole : les autres composants du chocolat restent dans la cartouche, les matires grasses se concentrent dans le ballon.

ballon a col rd

rfrigrant

arrive deau froide

sortie deau froidesortie deau froide

cartouche dextractionretour de distillation

siphon

solvant

chocolat

ther de ptrole

A la fin de l'exprience, nous vaporerons le solvant l'aide d'un vaporateur rotatif. Une fois le solvant vacu, nous obtenons les matires graisseuses que nous pouvons quantifier.

3. LUF

Les ufs possdent une composition caractristique et peu variable constitue de 3 lments principaux :

un constituant minral externe, la coquille; et deux constituants organiques internes, le blanc et le jaune.

Principaux constituants de luf.

Le jaune constitue la principale source de vitamines, de minraux et d'acides gras essentiels de l'uf: il reprsente 1/3 de son poids (coquille omise). Il est en majeure partie compos d'eau (50%), de lipides (32%) et de protines (16%).

Le blanc de l'uf ou albumen est constitu de 12,5% de protines du groupe des albumines. Parmi elles, l'ovalbumine reprsente plus de 50% du total protique du blanc. Le blanc contient galement de l'eau (87%) et des minraux (moins d'1%). En excluant le poids de la coquille, le blanc reprsente 2/3 du poids de l'uf.

Battre les blancs dufs les transforme radicalement parce que le fouet y introduit des bulles dair. Les protines du blanc sont de minuscules pelotes replies sur elles-mmes. Plus vous fouettez, plus vous divisez les bulles dair qui deviennent de plus en plus petites, et plus vous droulez les pelotes de protines. Cest la dnaturation des protines.

Dnaturation des protines.

Ces protines se lient la fois lair et leau, elles sont tensio-actives , elles rendent le blanc duf visqueux et stabilisent les bulles dair formes.

Stabilisation des bulles dair dans le blanc duf.

Ces protines, avec leur partie qui se lie leau (partie hydrophile) et leur partie qui la fuit (partie hydrophobe) tendent se placer linterface eau-air, les protines tapissent les bulles dair et assurent leur dispersion dans leau du blanc.

Schma de linterface eau-air dans le blanc duf.

4. LE SUCRE

Le sucre de table est compos pour l'essentiel de saccharose, et diverses substances naturelles appartenant la classe des glucides. Le saccharose comprend un cycle glucose, 6 atomes de carbone, li par un atome doxygne un cycle fructose.

O

O

CH2OH

OH

OH

OH

OOH

OHCH2OH

HO

Structure du saccharose.

5. LA FARINE

Lamidon est llment principal de la farine. Celui-ci constitue une source potentielle dnergie sous forme de glucose. Il est form par lamylose (20%) et lamylopectine (80%). La structure de lamylose est un enchanement de rsidus -D-glucopyranose. La structure de lamylopectine est galement un enchanement de rsidus -D-glucopyranose, mais diffre de lamylose par des ramifications interchanes.

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OOH

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Structure de lamylose. Structure de lamylopectine.

Le durcissement dune pte base de farine est d la pntration de l'eau ajoute dans la pte dans les grains d'amidon, ce qui libre les molcules d'amidon, lesquelles, trs avides d'eau, s'approprient toute celle qui est disponible. La pte, prive d'eau, devient donc dure.

6. LA CUISSON

De nombreux gteaux ont une base solide, qui supporte le reste de ldifice. Comment obtenir une base moelleuse et fondante ? La mousse du blanc duf battu en neige va jouer ce rle mais elle est trop fragile pour supporter tout un gteau. Il faut donc la renforcer en ajoutant une charge comestible, la farine et le sucre.Pour viter que cette mousse ne retombe, on la cuit : on augmente ainsi la dnaturation des protines et lon forme des liaisons intermolculaires permanentes, transformant le mlange semi-liquide en une ponge rigide.

Dans le four, plusieurs ractions simultanes durcissent linterface des bulles et leur permettent ensuite de rsister la pression due la dilatation de lair et la formation de vapeur. Quand on retire le gteau du four, il se refroidit, le gaz des bulles se contracte et la vapeur se condense, ce qui rduit la pression interne et provoque parfois leffondrement du gteau sil nest pas assez cuit.

NB : Il est dconseill douvrir la porte du four en cours de cuisson : Les bulles dair et de vapeur qui se sont dilates sous laction de la chaleur, risquent de se dgonfler rapidement. Lors du reste de la cuisson, le blanc duf se solidifiera avant que les bulles naient eu le temps de gonfler nouveau.

Le changement de couleur de la pte au cours de la cuisson est principalement d aux ractions de Maillard, ensemble complexe de ractions chimiques qui se produisent entre les protines (gluten) et les sucres (amidon) ds qu'on commence chauffer. Ce sont ces mmes ractions qui sont responsables de la coloration des viandes la cuisson. Ces ractions produisent un grand nombre de molcules cycliques et polycycliques trs aromatises, qui ajoutent toutes sortes de parfums nouveaux au gteau en train de cuire.

La raction de Maillard est responsable de la coloration et de l'odeur d'un grand nombre d'aliments diffrents, tel que la viande, le pain, le caf et le chocolat. Il s'agit d'un ensemble complexe de ractions entre un sucre rducteur et un acide amin qui aboutit la cration d'une mlanodine. L'arme du chocolat est trs complexe, il est compos de plus de 200 composants, dont tous ne sont pas identifis.On n'arrivera pas synthtiser celui-ci par une raction entre un seul sucre et un acide amin mais en faisant ragir l'un avec l'autre on peut retrouver des parfums de cuisine familiers.La raction de Maillard est ne pas confondre avec la caramlisation qui produit des substances de couleur et d'odeur semblable, mais sans prsence d'acide amin.