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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
O
OOH
OH
OH
HH O
OOH
O
OH
OH
HHO
OH
O
OH
OH
HHO
OH
OH
OH
HH
n
O
O
OH
OH
OH
HH
O
O
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HH
O
O
OH
O
OH
OH
HHO
OH OH
HH
O
O
OH
O
OH
OH
HHO
OH
OH
OH
HH
n
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.
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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.