Produire un jus de banane à destination des jeunes enfants

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Glycémie et diabète
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2014 | Académie : France métropolitaine
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Produire un jus de banane à destination des jeunes enfants
 
 

France métropolitaine 2014

svtT_1406_07_03C

Sujet complet

4

CORRIGE

 

France métropolitaine • Juin 2014

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 spécialité • 5 points

Les mauvaises habitudes alimentaires sont l’un des facteurs intervenant dans le développement de l’obésité et du diabète de type 2. Il est donc conseillé d’éviter d’habituer les enfants à consommer des aliments trop sucrés. Conscient de ces recommandations, un industriel voudrait commercialiser un jus de banane spécialement conçu pour les jeunes enfants.

> En utilisant les informations des documents et vos connaissances, expliquez à cet industriel quel procédé devra être mis en œuvre pour obtenir un jus de banane conçu pour les jeunes enfants.

DOCUMENT 1

Composition des jus de banane et objectifs de l’industriel

Le premier jus obtenu ne peut pas être commercialisé pour les enfants : sa saveur sucrée est trop prononcée et son opacité est trop importante. L’industriel souhaite donc obtenir un jus plus clair ayant une saveur moins sucrée.

 

Composition du jus de banane initial

Composition du jus de banane que l’industriel souhaite obtenir

Eau

92 %

92 %

Protéines

< 1 %

< 1 %

Glucides

dont :amidon

maltose

glucose

7 %

2 %

Traces

5 %

7 %

Traces

7 %

Traces

Lipides

< 1 %

< 1 %

Ions minéraux (sodium, magnésium, calcium…)

< 1 %

< 1 %

 
DOCUMENT 2

Caractéristiques de quelques glucides

 

Schématisation de la structure moléculaire

Contribution à la saveur sucrée

Contribution à l’opacité d’un jus de fruits

Amidon

+++

Maltose

+

+

Glucose

+++

+

 

« + » : contribue ; « − » : ne contribue pas

DOCUMENT 3

Caractéristiques de quelques enzymes

Différentes enzymes sont couramment utilisées dans l’industrie agro-alimentaire pour modifier les caractéristiques des aliments. Parmi celles-ci, l’industriel dispose de l’amylase, de la maltase et de la maltose-synthase.

a. Étude expérimentale de l’amylase

On souhaite déterminer le rôle de l’amylase ainsi que les conditions dans lesquelles elle agit. On réalise 4 tubes à partir desquels on effectue différents tests.

Résultats obtenus

 

Tube 1

Tube 2

Tube 3

Tube 4

Amidon + amylase à 2 °C

Amidon + amylase à 37 °C

Amidon + amylase à 85 °C

Amidon + eau distillée à 37 °C

Test à T = 0 min

Eau iodée : bleu-violacé ; Liqueur de Fehling : − ; Glucotest : −

Test à l’eau iodée à T = 8 min

Bleu-violacé

Jaune

Bleu-violacé

Bleu-violacé

Test à la liqueur de Fehling à T = 8 min

+

Glucotest à T = 8 min

 

Signification des résultats obtenus lors des tests :

  • Glucotest + : présence de glucose
  • Glucotest − : absence de glucose
  • Test à l’eau iodée présentant une couleur bleu-violacée : présence d’amidon
  • Test à l’eau iodée présentant une couleur jaune : absence d’amidon
  • Test + à la liqueur de Fehling : présence de glucose ou de maltose (dans le cas de cette expérience)

b. Activité de la maltase


 

L’activité de la maltase a été testée à plusieurs températures : son activité maximale est observée pour une température de 37 °C.

c. Activité de la maltose-synthase


 

L’activité de l’enzyme maltose-synthase a été testée à plusieurs températures : son activité maximale est observée pour une température de 37 °C.

Comprendre le sujet

  • C’est un sujet assez simple, pour lequel il faut bien cerner le problème à résoudre : comment éliminer l’amidon du jus de banane de façon à faire disparaître l’opacité de ce dernier, et comment éliminer le glucose de sorte que la saveur sucrée du jus soit beaucoup moins forte ?
  • Il est donc nécessaire de bien saisir que cela peut être obtenu en transformant ces deux glucides en un autre, le maltose, lequel contribue peu à la saveur sucrée et à l’opacité du jus. Ceci peut être obtenu grâce à des enzymes.
  • Vous devez dégager les propriétés des enzymes (spécificité de substrat et d’action, optimum thermique) qui permettent de préciser comment les utiliser pour transformer le jus de banane.
  • Le document 3b est relatif à une enzyme qu’il ne faut pas utiliser car elle catalyse une réaction opposée à l’objectif recherché. N’ayez pas peur d’indiquer que cette enzyme ne doit pas être utilisée ! En réalité, ce document a pour vocation d’illustrer le mode d’action des enzymes et d’attirer l’attention sur la nécessité d’utiliser une concentration d’enzyme adaptée à la concentration des substrats. C’est donc également à appliquer aux deux autres enzymes, l’amylase et la maltose-synthase
  • Notez que, si le goût sucré est fortement diminué, les glucides des deux jus seront transformés en glucose à la fin de la digestion, et leur valeur nutritive sera la même ! On agit sur le goût, pas sur l’apport énergétique. Vous pouvez faire cette remarque en conclusion.

Mobiliser ses connaissances

  • Les enzymes sont des protéines qui catalysent des réactions chimiques spécifiques.
  • Les glucides à grosses molécules des aliments sont transformés en glucose grâce à l’action d’enzymes digestives.
Corrigé

Introduction

Le sujet conduit à rechercher comment l’utilisation d’enzymes dans des conditions bien déterminées permet de faire évoluer la qualité d’un produit alimentaire, ici le jus de banane.

I. Les éléments responsables de la saveur et de l’opacité du jus de banane initial

  • Le document 1 montre que les différences entre le jus de banane initial et le jus industriel portent uniquement sur les glucides : dans le jus industriel, on observe une disparition presque totale de l’amidon et du glucose et un enrichissement en maltose.
  • Le document 2 indique que c’est l’amidon qui est responsable de l’opacité du jus initial et le glucose de la saveur sucrée.

En faisant « disparaître » amidon et glucose, on supprime donc opacité et goût sucré.

  • Comme le maltose a un faible pouvoir sucrant, l’enrichissement en maltose n’augmente pas de façon significative la saveur sucrée.
  • Un problème se pose : comment faire disparaître l’amidon et le glucose, et quelle est l’origine du maltose supplémentaire ?

II. Utilisation des enzymes

1. Faire disparaître l’amidon (document 3a)

L’enzyme utilisée est l’amylase.

  • Les tubes 2 et 4 sont intéressants à comparer car ils sont tous deux soumis à la même température (37 °C), et seul leur contenu varie. Ainsi, au bout de 8 minutes :
  • dans le tube 4, rien n’a changé ;
  • dans le tube 2, le test à l’eau iodée est jaune, donc négatif : l’amidon a disparu. Le test positif à la liqueur de Fehling est révélateur de la présence de sucres réducteurs. Enfin, le glucotest est négatif : il n’y a pas d’apparition de glucose. Le sucre réducteur apparu est donc du maltose.
  • La seule différence entre les tubes 2 et 4 étant la présence d’amylase dans le tube 2 (le tube 4 étant un témoin avec de l’eau), on en déduit que c’est cette enzyme qui est responsable de l’hydrolyse de l’amidon en maltose. Elle fait donc disparaître l’amidon, ce qui a pour conséquence de diminuer l’opacité comme on le souhaite, et fait apparaître du maltose. Comme toute enzyme, l’amylase est spécifique et ne catalyse pas l’hydrolyse du maltose en glucose. Ceci évite donc également l’enrichissement en glucose du jus industriel.
  • La comparaison des tubes 1 et 2, puis 2 et 3 montre que l’hydrolyse de l’amidon ne se fait pas à basse température (2 °C), ni à température élevée (85 °C).
  • L’industriel devra donc soumettre le jus initial à l’action de l’amylase dans des conditions optimales de température (37 °C).

2. Faire disparaître le glucose

  • Le document 3b indique que la maltase catalyse l’hydrolyse du maltose de saveur peu sucrée en glucose de goût sucré. Cette enzyme ne doit donc surtout pas être utilisée par l’industriel, car elle transformerait le maltose provenant de l’hydrolyse de l’amidon en glucose qui doit, au contraire être éliminé.
  • Ce document apporte deux précisions sur l’activité des enzymes :
  • elle est optimale à 37 °C ;
  • l’enzyme agit en formant d’abord un complexe avec le substrat (complexe enzyme-substrat), suivi de la libération du produit, ici le glucose. La molécule enzymatique peut alors agir à nouveau.

Transférées à l’amylase, ces propriétés doivent inciter l’industriel à utiliser une quantité d’enzyme adaptée à la quantité de substrat.

  • Le document 3c indique que la maltose-synthase est une enzyme qui, à 37 °C, catalyse la transformation du glucose en maltose. Cette enzyme pourra donc être utilisée pour faire disparaître le glucose et diminuer ainsi la saveur sucrée du jus industriel.

Bilan

L’industriel doit porter le jus de banane initial à une température de 37 °C et le soumettre à l’action de deux enzymes spécifiques à concentrations appropriées : l’amylase et la maltose-synthase.

Sous l’action de ces deux enzymes, le jus initial va s’éclaircir (disparition de l’amidon) et acquérir une saveur moins sucrée (disparition du glucose) tout en conservant une valeur énergétique importante grâce au maltose formé.

Le maltose du jus de banane industriel se retrouve en fin de digestion sous forme de glucose. Son apport énergétique est donc le même que celui du jus initial. Mais la diminution du goût sucré incite à moins en consommer sans intervenir sur l’apport énergétique, facteur d’obésité.