Emulsion & Mousse | tpe-cm2016

PARTIE 1 : EMULSION

I/ La lécithine de soja

Bien que peu connue des consommateurs, la lécithine de soja (E322) est un des ingrédients les plus utilisés dans les aliments transformés : en effet, présente en très faible quantité (elle dépasse à peine 1 % du poids total d’un aliment), elle agit comme un agent émulsifiant ou stabilisant. On retrouve donc cet additif dans une grande partie des produits alimentaires (notamment en boulangeries, pâtisseries, etc).

Origine :

Les graines de soja sont très riches en protides et en lipides. De la pression de ces graines découle un liquide épais et doré, mélange d'huile et de lécithine, séparé par décantation pour n'obtenir ensuite que la lécithine. On doit la découverte de la lécithine de soja à Émile Golbey, pharmacien français, en 1950.

Propriétés :

La lécithine de soja est constituée en grande partie de phospholipides, de choline et d’inositol. Elle possède de nombreux bénéfices. Fournissant à l’organisme des acides gras polyinsaturés (essentiels), elle est très souvent utilisée comme complément alimentaire, sous forme de gélules ou de poudre. Des études scientifiques ont prouvé qu'elle contribue à un meilleur fonctionnement du cerveau, et qu'elle possède d'excellentes propriétés de stimulation de la mémoire. De plus, elle limite le dépôt de graisses et de cholestérol sur les parois des vaisseaux sanguins en les solubilisant grâce à ses pouvoirs émulsifiants et réduit ainsi le risque de maladies cardiovasculaires. En pâtisserie, la lécithine de soja apporte du moelleux aux pâtisseries, ralentit le rassissement, ou encore améliore la souplesse des pâtes levées.

Nous nous intéresserons particulièrement aux propriétés émulsifiantes de la lécithine de soja, dues à la présence de choline. Effectivement, la choline est une substance lipotrope : elle a la capacité à se fixer sur les graisses. Ce pouvoir émulsifiant permet de stabiliser des mélanges autrement non miscibles (de la même façon que la lécithine de l’œuf stabilise une mayonnaise).

Propriétés chimiques :

La lécithine de soja est également appelée "phosphatidylcholine" = lipide formé à partir d'une choline, d'un phosphate, d'un glycérol et de deux acides gras .

La formule chimique de la lécithine de soja est C40H80NO8P. Cette molécule comporte :

un pôle hydrophile, constitué de choline et de phosphate
un pôle hydrophobe, formé d'acides gras (acides palmitique et oléique)

Le groupe phosphate est chargé négativement, tandis que la choline est chargée positivement.

II/ Définition

L'émulsion est la dispersion de particules très fines d'un liquide dans un autre : nous avons donc une phase dispersée (= discontinue) dans une phase dispersante (= continue). Il s'agit d'un mélange de deux liquides non-miscibles (qui ne se mélangent pas) : une phase aqueuse et une phase graisseuse. Pour mélanger ces deux liquides, il faut fouetter très fort la préparation ; cependant, une fois au repos les deux phases vont de nouveau se séparer. Afin de conserver le mélange, il faut ajouter un nouvel élément chimique : un émulsifiant. Les deux phases seront liées. Le mélange paraîtra alors homogène à l'œil nu, tel que doit l'être celui de deux éléments miscibles… mais il est en réalité hétérogène.

Tout le monde connaît l'émulsion de la mayonnaise. De plus, il existe des émulsions dites instables dans lesquelles il n'y a pas d'émulsifiant, comme par exemple, dans la vinaigrette. Dans ce cas, le mélange "retombe " et les phases se séparent.

III/ La "non-miscibilité" des phases aqueuses et graisseuses

Dans le cadre d'une émulsion, ce sont généralement une phase aqueuse et une phase graisseuse qui vont se mélanger ensemble. Pour mieux comprendre, nous prendrons le cas d'un mélange d'huile et d'eau. Or nous remarquons que lorsque l'on tente de mélanger de l'huile et de l'eau, spontanément les deux phases se séparent, l'huile qui est plus légère est au-dessus et l'eau plus dense, en dessous ( voir partie pratique ).

Composition des molécules d'eau :

Les molécules d'eau de formule chimique H2O, s'associent les unes les autres par des liaisons hydrogènes. L'atome d'oxygène d'une molécule d'eau se lie à l'atome hydrogène d'une seconde molécule d'eau, et ainsi de suite. La molécule d'eau est à caractère polaire : elle possède un pôle chargé négativement et l'autre positivement.

Ingrédient

Théorie E.

Composition des molécules d'huile :

Les molécules d'huiles de formule chimique C19H34O6 sont essentiellement composées d'atome de carbone et d'hydrogène.

A l'inverse de l'eau, la molécule d'huile est apolaire. Elle ne présente pas de zones positive et négative en surface. De plus, on remarque que les molécules d'huile ne disposent pas de groupement –OH. Il est donc impossible que ces molécules se stabilisent avec les molécules d'eau car elle ne peuvent pas créer de liaisons hydrogène avec celles-ci.

IV/ Rôle d'un émulsifiant : maintenir deux substances non-miscibles entre elles

Les molécules tensio-actives :

Les émulsifiants sont composés de molécules tensio-actives permettant de garder les gouttelettes dispersées malgré les forces gravitationnelles. Ce sont des molécules amphiphiles : elles comprennent une extrémité hydrophobe (et lipophile) et apolaire (affinité avec les matières grasses) et une extrémité hydrophile et polaire (affinité avec l'eau).

Ces molécules vont envelopper des micelles d'huile (= gouttelettes), en fixant à leur contact leur partie lipophile, et disperser ces gouttelettes enrobées dans l'eau, en s'associant aux molécules d'eau par leur partie hydrophile. Autrement dit, les phases aqueuses et graisseuses vont se disperser l'une dans l'autre, l'huile sous forme de gouttelettes dispersées dans l’eau. Cela permettra ainsi de maintenir le mélange ensemble, comme le schéma ci-dessous en témoigne :

Nous pouvons vérifier le rôle de l’émulsifiant dans une émulsion d'huile dans l'eau à l'aide d'une expérience simple (se rendre dans la partie pratique "émulsion & mousse" sur le site).

Ce schéma est une simplification de l'expérience faite ; nous avons vu que le mélange obtenu après l'ajout d'un émulsifiant est visiblement homogène, marque de la miscibilité des deux phases. Toutefois, il ne faut pas oublier que justement, ces deux phases ne sont pas miscibles : au microscope, on découvre des milliers de petites gouttelettes dispersées dans une seconde substance, comme expliqué ci-dessus.

Il existe de nombreux produits à effets tensio-actifs : les plus connus sont le jaune d'œuf, la lécithine, la caséine (protéine issue du lait), le sulfate laurique de sodium, etc.

V/ Expériences

1- Test de miscibilité du jus de pomme et de l'eau :

Après agitation, on ne distingue plus le jus de pomme qui s'est dissous dans l'eau : le mélange est homogène. Le test de miscibilité est positif : le jus de pomme est miscible à l'eau.

Pratique E.

2- Test de miscibilité de l'huile et de l'eau :

Nous avons utilisé des colorants rouge et bleu pour distinguer les deux liquides : l'huile en rouge et l'eau en bleu.

On a versé dans un bécher 5 ml d'eau et ensuite ajouté 1 ml d'huile, puis nous avons agité le mélange, avant de le laisser reposer comme indiqué sur le schéma ci-dessous :

Étant moins dense que l'eau, l'huile "surnage" au-dessus de l'eau avant le début de l'expérience. Immédiatement après agitation, le mélange semble homogène à l'œil nu ; cependant, après quelques secondes de repos, les deux phases se sont séparées. Le mélange obtenu étant hétérogène, nous avons bien confirmé que l'huile et l'eau ne sont pas miscibles.

3- Expérience confirmant le rôle que joue l'émulsifiant dans l'émulsion :

C'est maintenant que nous allons pouvoir montrer que l'émulsifiant permet d'obtenir une émulsion d'huile dans de l'eau. On observe alors un mélange visiblement homogène : l'émulsifiant a permis de stabiliser les phases aqueuse et huileuse.

Pour cela, nous avons dans un premier temps récupérer le bécher avec l'eau et l'huile.

Nous avons ensuite rajouté de la lécithine de soja qui a des propriétés émulsifiantes, puis fais de même avec un jaune d'œuf, étant lui aussi un émulsifiant.

On observe alors un mélange visiblement homogène : l'émulsifiant a permis de stabiliser les phases aqueuse et huileuse.

Théorie M.

PARTIE 2 : MOUSSE

I/ Définition

D'après le dictionnaire "Larousse", la mousse est "un milieu formé à l'interface d'un liquide et d'un gaz par une phase continue liquide dans laquelle est dispersée sous forme de cellules une phase gazeuse."

Pour simplifier, une mousse (ou foisonnement) est une dispersion de bulles de gaz dans un liquide (mousse liquide) ou dans un solide (mousse solide) : elle est ainsi comparable à une émulsion, (mais n'en est pas une !) à la différence qu'on ne mélange plus deux liquides non-miscibles mais on introduit de fines bulles d'air dans la solution aqueuse (à l'aide par exemple d'un mixer à pied plongeant ou d'un batteur électrique), qui sont ensuite emprisonnées à l'aide d'un émulsifiant. En outre, dans une mousse dite "stable", la fraction volumique de la phase dispersée qui est le gaz est clairement plus importante. C'est l'aspect léger et aéré de cette technique qui permet d'appeler cette "émulsion" une mousse.

II/ Expliquer la stabilité d'une mousse

De la même manière que dans l'émulsion, c'est la quantité suffisante de molécules tensio-actives qui permettra le maintien de la mousse et des fines bulles. Ces molécules présentent une partie hydrophobe et une hydrophile, et permettent ainsi de lier ici le gaz (air) et le liquide (eau). Elles vont donc retenir les bulles de gaz le plus longtemps possible.

On distingue deux principaux genres de mousse : la mousse liquide et la mousse solide.

III/ Mousse liquide

Trois ingrédients sont primordiaux pour réaliser une mousse : un liquide, un gaz et un tensio-actif ; le gaz étant la phase dispersée et le liquide la phase continue.

Dans notre cas, le tensio-actif est la lécithine de soja. En incorporant des bulles d'air dans le jus de pomme à l'aide d'un mixeur, la lécithine va se placer entre l'air et l'eau, le jus de pomme étant composé à 85% d'eau. La partie hydrophile de la lécithine va adhérer à l'eau, et la partie hydrophobe à l'air. La lécithine de soja maintient donc un "film" autour de l'air et stabilise la mousse. Nous avons donc l'assemblage de bulles d'air liées entre elles par des films d'eau. Les bulles sont composées de trois couches : une couche de lécithine - un film de jus de pomme - une deuxième couche de lécithine, comme ci-dessous :

Les bulles d’air sont ainsi emprisonnées dans l’eau, mais disparaissent au bout d'un certain temps étant donné que leur état n'est pas figé.

IV/ Mousse solide

Les mousses solides reprennent le même principe que les mousses liquides, à la différence que les bulles de gaz sont dispersées non pas dans un liquide, mais dans un solide.

La meringue est un exemple de mousse solide. Des blancs sont battus en neige avec du sucre ; ainsi, on obtient une mousse solide par évaporation de l'eau d'une mousse liquide.

Pratique M.

V/ Expériences

Ingrédients :

10 cl de jus de pomme
0.8 gr de lécithine de soja

Matériel :

1 mixeur à pied plongeant
1 récipient à hauts bords
1 récipient large tel que saladier

Préparation :

Faire bouillir le jus de pomme.

Verser le jus de pomme dans le récipient à hauts bords.

Verser la lécithine en pluie dans le sirop et mixer quelques secondes avec la tête du mixer dans le liquide, afin de solubiliser la lécithine.

Laisser reposer 1 minute.

Mixer de nouveau pendant quelques minutes dans le récipient plus large, et avec la tête du mixer tournée vers la paroi et à demi-sortie du liquide pour qu'un maximum d'air entre dans la mélange.

Laisser reposer 1 minute et récupérer la mousse avec une cuillère.

Nous avons obtenu un résultat très satisfaisant : une mousse très légère, aérée et surtout stable.

"La pomme

dans tous ses états"