L’huile d’olive, matière première et aliment

Corpus Corpus 1

Structure et transformation de la matière

pchT_1506_02_01C

Comprendre

CORRIGE

Amérique du Nord • Juin 2015

Exercice 2 • 9 points

Ph © MaxRiesgo/Fotolia

C’est par pression de la pulpe d’olive provenant du broyage des olives, et par extraction de la fraction huileuse des autres composants solides et liquides, que sont produites les huiles d’olive.

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Les huiles d’olive « vierges » sont des huiles obtenues par procédés mécaniques ou d’autres procédés physiques, dans des conditions, thermiques notamment, qui n’entraînent pas d’altération de l’huile ; elles n’ont subi aucun traitement autre que lavage, décantation, centrifugation et filtration.

Différentes catégories d’huile d’olive « vierge » existent en fonction de leur taux en acide oléïque ; par exemple l’huile d’olive « vierge » extra, considérée comme la meilleure, comporte au maximum 0,8 g d’acide oléïque pour 100 g d’huile. La qualité nutritionnelle et organoleptique dépend de la catégorie.

Les principaux constituants des huiles végétales et des graisses animales sont des triglycérides d’acides gras (notés TAG). L’acide gras, majoritairement présent dans les TAG de l’huile d’olive, est l’acide oléique ; il est formé lors de la dégradation de l’huile par hydrolyse. C’est l’acide gras, c’est-à-dire à longue chaîne, le plus abondant de l’organisme ; son nom vient de l’huile d’olive, mais il est aussi abondant dans les TAG des huiles végétales et de certaines graisses animales (graisses d’oie, de canard…). Il fait partie de la famille des acides gras oméga 9, acides mono-insaturés qui ont des effets bénéfiques reconnus contre les maladies cardio-vasculaires.

L’huile d’olive peut être consommée à froid ou en friture et être utilisée pour la fabrication des savons.

Données

Formule topologique de l’acide oléique :

Masses molaires moléculaires :

M_{acide oléique} = 282 g · mol^–1 ; M_oléine = 884 g · mol^–1 ; M_savon = 304 g · mol^–1.

Masse volumique de l’huile d’olive :

ρ_{huile d’olive} = 0,92 g · mL^–1.

L’huile d’olive est miscible à un mélange d’éthanol et d’éther et elle est non miscible à l’eau.
Le taux d’acidité libre représente la proportion d’acides gras libres qui apparaissent lorsque les triglycérides de l’huile d’olive sont dégradés par hydrolyse. Ce taux est exprimé en « grammes d’acide libre pour 100 g d’huile ».

Type d’huile d’olive	Taux d’acidité
Huile d’olive extra vierge	≤ 0,8 %
Huile d’olive vierge	≤ 2 %
Huile d’olive vierge courante	≤ 3 %
Huile d’olive raffinée	≤ 0,3 %

1. De l’huile d’olive au savon

À partir des triglycérides d’acides gras (TAG) présents dans les huiles, il est possible de synthétiser des savons. Le savon de Marseille® est fabriqué à partir d’huile d’olive et de soude ; ce savon est constitué d’oléate de sodium.

Le protocole de synthèse de ce savon au laboratoire est décrit ci-dessous :

verser 13,6 g d’huile d’olive (oléine) et 20 mL d’éthanol dans un ballon ;
ajouter 20 mL de soude à 10 mol · L^–1 (en excès) ;
chauffer à reflux le mélange réactionnel durant 15 minutes environ ;
verser le mélange obtenu dans un bécher contenant 100 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium : le précipité obtenu est l’oléate de sodium.

Équation de la réaction de synthèse de l’oléate de sodium

1 À quelle famille de fonction appartiennent les TAG ?

2 Compléter le protocole avec les étapes permettant d’obtenir un « pain » de savon utilisable en cosmétique.

3 Quel est le rendement de la réaction de synthèse du savon de Marseille® au laboratoire sachant que 6,6 g de savon ont été obtenus en mettant en œuvre le protocole décrit ci-dessus ?

4 Mécanisme réactionnel de la synthèse d’un savon.

Un mécanisme simplifié de la réaction de synthèse d’un savon est proposé en annexe.

1. Représenter les flèches courbes rendant compte du mécanisme des trois étapes. Justifier précisément l’orientation de ces flèches.

2. Pour chacune des trois étapes, indiquer la catégorie de la réaction.

2. Bénéfique pour la santé, l’huile d’olive ?

Des études réalisées par l’université de Bari (ville située au sud de l’Italie) sur des populations âgées ont montré qu’une alimentation riche en acides gras mono-insaturés (tel que l’acide oléique) prévenait la dégradation de la mémoire et des fonctions cognitives. Selon sa catégorie, l’huile d’olive peut en être plus ou moins riche. Les qualités nutritionnelles et diététiques ne sont toutefois avérées que pour des huiles d’appellation « vierge » ou « extra vierge ».

Le technicien d’un laboratoire d’analyse cherche à déterminer la catégorie d’une huile d’olive. Pour cela, il effectue les opérations décrites ci-après.

Dans un erlenmeyer de 250 mL, il verse un volume V_ethanol = (40 ± 1) mL d’éthanol et un volume V_ether = (40 ± 1) mL d’éther éthylique. Ce mélange sert de solvant.

Il ajoute dans l’erlenmeyer un volume V_huile = (20,0 ± 0,1) mL d’huile d’olive, puis quelques gouttes d’indicateur coloré.

Il agite pour homogénéiser le mélange.

Il ajoute progressivement au mélange contenu dans l’erlenmeyer une solution S de potasse alcoolique (hydroxyde de potassium, , en solution dans l’éthanol) de concentration molaire C_b = (1,00 ± 0,02) × 10⁻¹ moL · L^–1, contenue dans une burette.

Il observe un virage de l’indicateur coloré pour un volume V de solution S d’hydroxyde de potassium versé égal à (10,4 ± 0,1) mL.

1 Analyse des opérations réalisées par le technicien

1. Pourquoi utilise-t-il comme solvant un mélange d’éthanol et d’éther alors qu’aucune de ces espèces n’intervient dans la réaction du titrage ?

2. Les volumes d’huile et d’éthanol ont-ils été prélevés avec la même verrerie ? Justifier.

3. Le technicien du laboratoire doit-il prendre des mesures de précautions particulières ?

4. Quel type d’analyse le technicien a-t-il mis en œuvre ?

2 Exploitation de l’analyse

L’équation de la réaction intervenant entre l’acide oléique présent dans l’huile et les ions hydroxyde contenus dans la solution S est la suivante :

RCOOH + OH^– → RCOO^–+ H₂O

1. Déterminer la masse m_a d’acide oléique contenu dans le volume d’huile prélevé.

2. Donner un encadrement de la masse m_a d’acide oléique contenu dans l’huile sachant que la valeur de l’incertitude U(m_a) sur la masse est donnée par la relation :

3. En admettant que l’ordre de grandeur de la masse m_a soit égal à 0,3 g, déterminer à quelle catégorie d’huile d’olive cette huile appartient. Présente-t-elle des atouts nutritionnels et diététiques ?

Annexe

Étape a

Étape b

Étape c

Les clés du sujet

Notions et compétences en jeu

Transformations en chimie organique.

Conseils du correcteur

Partie 1

1 Repérez le (ou les) groupe(s) caractéristique(s) présent(s) sur la molécule TAG.

3 Le rendement est le rapport . La masse obtenue est dans les données de l’énoncé. Donc, il vous faut déterminer la masse théorique maximale que l’on peut faire avec les quantités utilisées (vous pouvez faire un tableau d’avancement).

Partie 2

11. Cherchez dans les données la particularité de l’huile d’olive par rapport à l’eau et au mélange éthanol/éther.

21. L’acide oléique a été titré par les ions HO^– donc utilisez la définition de l’équivalence : les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques. Vous pouvez trouver la quantité d’acide oléique dans les 20 mL d’huile d’olive et il faut alors calculer sa masse.

Les incertitudes U(V_e) et U(C_b) sont données dans l’énoncé : « à coté » des valeurs de V_e et de C_b ! Faites attention aux unités !

3. Relisez la définition du taux d’acidité donnée : « Ce taux est exprimé en grammes d’acide libre pour 100 g d’huile. » Ici l’acide libre est l’acide oléique. Il vous faut donc calculer la masse d’huile de 20 mL d’huile puis la masse d’acide contenue dans 100 g d’huile et enfin exprimer le rapport des deux (le taux) en pourcentage.

Corrigé

1. De l’huile d’olive au savon

1 Reconnaître une famille organique

Il s’agit de la famille des esters puisque l’on remarque le groupe fonctionnel R-CO-O-R’ caractéristique des esters.

2 Écrire un protocole approprié

Le savon a précipité c’est-à-dire qu’il est maintenant sous forme solide mais il se trouve encore dans le milieu réactionnel avec toutes les espèces restantes de la réaction (produits, réactifs en excès, solvant et espèces spectatrices).

Il faut donc l’extraire de ce milieu. La technique appropriée est la filtration et la plus efficace des filtrations est la filtration sous vide (dite aussi « sous Buchner »). De cette façon, on pourra récupérer le solide formé séparé du reste des espèces liquide et solubilisées. Pour réussir cette filtration, il faudra certainement un peu d’eau distillée pour arroser les parois du bécher et de l’entonnoir pour ne pas perdre de savon. On essayera de faire le moins d’ajout d’eau possible pour ne pas trop en solubiliser et donc en perdre.

Remarque

Le savon obtenu contient très certainement des impuretés et donc une ou plusieurs étapes de purification sont certainement aussi à prévoir. Notamment l’élimination de la soude puisqu’elle est corrosive et qu’il s’agit de la synthèse d’un produit cosmétique.

3 Calculer un rendement

La formule d’un rendement est par définition :

Info

Le rendement aurait aussi pu être calculé à partir des quantités de matière de savon et non des masses.

Pour obtenir le rendement, il faut non seulement connaître la masse qui a été réellement fabriquée (ici 6,6 g) mais aussi ce qui aurait pu être fabriqué dans les conditions optimales et de façon théorique (notamment en supposant la réaction totale). Pour cela, il faut calculer la quantité maximale théorique synthétisable à partir des quantités de réactifs introduites.

On a effectué la réaction dont le bilan est :

avec 13,6 g d’oléine et un excès de soude.

L’oléine est alors le réactif en défaut et donc, d’après les coefficients stœchiométriques de l’équation, on peut écrire :

n_{oléate de sodium} = 3n_oléine

La masse maximale synthétisable de savon (olétate de sodium) est donc :

m_savon =n_{oléate de sodium} × M_savon = 3 × 15,4 × 10^–3 × 304 = 14,0 g.

Le rendement r de la réaction de synthèse est donc :

41. Proposer un mécanisme réactionnel

Attention !

Les flèches courbes partent toujours d’un doublet d’électrons.

Étape a

Étape b

Étape c

Dans la première étape l’atome d’oxygène de l’ion hydroxyde est donneur d’électrons (3 doublets non liants et une charge négative) or l’atome de carbone du groupe ester est déficitaire en électrons puisqu’il est lié à deux atomes d’oxygène plus électronégatifs que lui.

2. Identifier les catégories de réaction chimique

Notez bien

Dans une élimination, il y a toujours création d’une liaison double (ou d’un cycle). Dans une addition, il y a toujours perte d’une liaison double.

Dans une substitution, il y a ni l’un, ni l’autre.

L’étape a est une réaction d’addition.

L’étape b est une réaction d’élimination.

L’étape c est une réaction acido-basique (c’est-à-dire un transfert de proton).

2. Bénéfique pour la santé, l’huile d’olive ?

11. Justifier l’utilisation d’un solvant

D’après les données sur la miscibilité de l’huile d’olive, le technicien n’aurait pas pu utiliser l’eau comme solvant puisque l’huile d’olive n’est pas miscible avec l’eau, contrairement au mélange éthanol/éther.

Pour la réaction, cela permet d’avoir un milieu dans lequel les deux réactifs (huile et ions hydroxyde) sont au moins partiellement présents.

2. Déterminer la précision de la verrerie

Le volume d’éthanol prélevé est (401) mL alors que celui d’huile d’olive est (20,0 ± 0,1) mL. La précision sur le second volume est dix fois plus grande : par conséquent il ne peut s’agir de la même verrerie.

3. Prévoir des mesures de sécurité au laboratoire

En laboratoire, et en présence d’espèces liquide à transvaser, on doit porter une blouse et des lunettes de protection. De plus, l’hydroxyde de potassium est, tout comme l’hydroxyde de sodium, corrosif donc il faut porter des gants pour se protéger. Enfin, l’éther et l’éthanol étant assez volatiles, il vaudrait mieux travailler sous une hotte aspirante.

4. Identifier une analyse chimique

Le technicien a effectué un titrage avec un suivi colorimétrique, avec indicateur coloré. Il s’agit d’une analyse quantitative.

21. Calculer la masse d’un réactif à l’aide d’un titrage

La masse d’huile d’olive prélevée est :

m_a =n_a × M_{acide oléique}

m_a =C_b × V_e × M_{acide oléique}

En effet, à l’équivalence du titrage, les réactifs (acide oléique et ion hydroxyde) ont été introduits en proportion stœchiométrique ; d’où :

n_a =n(HO^–) =C_b × V_e.

On a donc :

m_a = 1,00 × 10^–1 × 10,4 × 10^–3 × 282 = 0,293 g =293 mg.

2. Écrire une valeur encadrée avec incertitude

Gagnez des points !

Les résultats des incertitudes absolues sont toujours à écrire avec un seul chiffre significatif (ici 7 mg).

On a donc :

Attention !

Le chiffre de l’incertitude absolue doit coïncider avec le dernier chiffre significatif de la valeur associée. Ici la masse est au milligramme près :

0,293 g et non 0,293 4 g ou 0,29 g

et l’incertitude porte bien sur le milligramme.

On a alors m_a = 293 ± 7 mg et l’encadrement de la masse d’acide oléique est donc :

286 mg ≤ m_a ≤ 300 mg.

3. Conclure sur un critère de pureté d’un produit commercial

La catégorie d’huile d’olive est déterminée à partir du taux d’acidité de l’huile et, d’après la définition donnée, il s’agit de la masse (en grammes) d’acide oléique pour 100 g d’huile.

Ici, on a déterminé cette masse, 0,3 g, pour un prélèvement de 20 mL d’huile d’olive. Cela correspond à une masse d’huile d’olive égale à :

m_huile = ρ × V_huile = 0,92 × 20 = 18,4 g.

Calculons le taux d’acidité correspondant à 0,3 g d’acide oléique pour 18,4 g d’huile d’olive. On obtient .

L’huile d’olive analysée a donc un taux d’acidité égal à 1,6 %. Ce taux est compris entre 0,8 et 2 % donc cette huile est de catégorie « huile d’olive vierge ». Par conséquent, d’après les études décrites dans l’énoncé, elle possède des atouts nutritionnels et diététiques.

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L’huile d’olive, matière première et aliment

1. De l’huile d’olive au savon

2. Bénéfique pour la santé, l’huile d’olive ?