LEAU

1. Biochimie alimentaire
Chapitre 1 : L’eau
- Généralités
1. Structure de l’eau
2. Propriété physique
3. Activité de l’eau
4. Comportement de l’eau des solutions lors de la congélation
5. Les isothermes d’adsorption
6. Phénomènes d’hystérésis des isothermes
7. Isotherme de sorption dans les I.A.A.
Chapitre 2 : Les systèmes protéiques
1. Propriétés physiques des protéines
2. Extraction des protéines alimentaires.
3. Les protéines de l’œuf : propriétés et utilisation
4. Les propriétés fonctionnelles des protéines laitières et amélioration
5. Les ingrédients protéiques
Programme

2. Chapitre 3 : Les lipides
1. Propriétés chimiques et physiques des lipides
2. Propriétés fonctionnelles de certains corps gras
3. Les besoins nutritionnels en corps gras
4. Conservation et altération
Chapitre 4 : Etude des polysaccharides
1. La cellulose et ses dérivés
2. L’amidon
2.1. Phénomène de gélification et rétrogradation
2.2. Comportement rhéologique
3. Propriétés fonctionnelles de l’amidon natif et amidons modifiés
4. Les enzymes amylolytiques et leur utilisation
5. Les fibres alimentaires
5.1. Cas des pectines
5.2. La gélification

3. Chapitre 5 : Systèmes alimentaires
1. Aspects généraux
2. Système alimentaire d’origine végétale
2.1. Métabolites primaires et secondaires
2.2. Céréales, légumineuses, fruits et légumes, algues
3. Système alimentaire d’origine animale
3.1. Muscles
3.2. Œufs
3.3. Lait
4. Système alimentaire non conventionnelle (P.A. I.)
4.1. Protéines
4.2. Lipides,
4.3. Biomasse
Chapitre 6 : Altérations alimentaires
1. Rôle de l’eau
2. Sources potentielles d’altérations
3. Altérations microbiologiques, enzymatiques et chimiques
Mode d’évaluation :
Compte rendu et Examen semestriel.

4. Généralités
Les aliments sont des mélanges complexes de substances nombreuses et variées (Lipides, Glucides,
protéines, Fibres alimentaires, vitamines, sels monéraux).
L’examen de la composition atomique du corps humain montre qu’une douzaine d’éléments (H, O, C, N,
Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe) ------------ 99,9%.
Les atomes de l’H, O, C, N constituent 99% des atomes de l’organisme et participent à l’édification des
molécules d’eau et des constituants organiques : glucides, lipides, protides et acides nucléiques.
En réalité, une trentaine d’éléments (qu’à l’état de traces = oligoéléments) sont quand même
indispensables pour maintenir la structure et permettre un bon fonctionnement de l’organisme.

5. Les nutriments sont des substances simples résultant pour la plupart de la dégradation (hydrolyse
simplificatrice) des molécules alimentaires relativement complexes.

6. Chapitre 01: L’eau
L’eau est le constituant le plus abondant dans les aliments, et son rôle est
central en agroalimentaire (La teneur en eau des aliments est corrélée avec leur
durée de conservation)
L’eau constituant principale, de point de vue quantitatif,
- organisme humain, environ 60 %,
- la plupart de nos aliments à l’état naturel : lait : 90%, viande environ 75
%, fruits et légumes peuvent atteindre 96 % à l’exception des graines.
- Est un excellent solvant pour les ions ou les molécules polaires ;

7. 1. Structure de la molécule d’eau
- À l’état de vapeur la molécule d’eau est un monomère.
Á l’état solide (glace) les molécules d’eau sont liées entre elles par des liaisons hydrogènes , d’où la formation
d’un polymère de structure cristalline:
- à T < -183°C toutes les liaisons hydrogènes possibles se trouveraient engagées,
- à 0°C, il n’y en aurait qu’environ 50 %,
- à 100 °C, il en existerait un certain nombre.
A l’état liquide divers agents peuvent influencer de façons différentes sur cette structure ( électrolytes
comme Na+, K+ et Cl- fortement hydratés en solution diminuent le nombre de liaison hydrogène entre
les molécules d’eau)

8. 2‐ Propriétés physiques et chimiques de l’eau:
Lors de la cuisson, de la stérilisation, de la concentration, de la déshydratation ou de la congélation des
aliments ce sont les propriétés concernant les changements d’état et le transfert de chaleur et de matière
qui sont impliqués: La chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation et
conductibilité thermique, viscosité.
- chaleur spécifique : C’est la capacité du matériau à accumuler la chaleur par rapport à son poids. Elle est définie par
la quantité de chaleur à apporter à 1kg du matériau pour élever sa température de1°C.
Plus le matériau est dense plus la chaleur spécifique est élevé.
Unité : Joule/kg.°C
- chaleur latente de diffusion : est l'énergie absorbée sous forme de chaleur par un corps lorsqu'il passe de l'état solide à
l'état liquide à température et pression constantes. Au point de fusion d'un corps pur, elle est plus communément
appelée chaleur latente de fusion car c'est sous forme de chaleur que cette énergie est absorbée et cette absorption se
fait sans élévation de la température. Elle sert en quelque sorte à désorganiser les liaisons intermoléculaires qui
maintiennent les molécules ensemble et non à « chauffer » au sens commun du terme.

9. - chaleur latente de vaporisation : La chaleur latente de vaporisation est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1 kg
de liquide (à pression et température constantes) pour obtenir 1 kg de vapeur saturée.
L'unité est le Joule/kilogramme (J/kg).
- conductibilité thermique: Elle représente la quantité de chaleur transférée par unité de surface et de temps sous
un gradient de température de 1 degré Celsius par mètre.
- La viscosité est une grandeur indiquant le degré de fluidité d'un fluide. Plus la viscosité est importante, plus le
fluide est épais ; plus la viscosité est faible, plus il est liquide.
- l'unité de viscosité dynamique est le Pascal seconde (Pa.s)

10. Teneur en eau :
La teneur en eau ou l’humidité d’un aliment est la quantité d’eau perdu par la substance lorsqu’on
l’amène en équilibre vrai avec une pression de vapeur nulle (humidité relative = 0%). Elle s’exprime en
masse d’eau % rapportée :
- soit à la masse de matière sèche (ms) contenue dans l’échantillon.
Teneur en eau = S = (me/ms).100 = [(mh – ms)/ms].100.
me : masse d’eau.
ms : masse de matière sèche.
mh : masse humide.
- soit à la masse totale de matière humide (mh) de l’échantillon.
Humidité = H = (me/mh).100
= [(mh – ms)/mh].100

11. 3. Activité de l’eau
3.1. Etats de l’eau
Eau libre: 80% de l’eau totale des tissus végétaux, facilement évaporable, donc disponible pour jouer un
rôle de vecteur ou d’agent chimique;
Eau liée: 20% de l’eau totale, elle est retenue par les liaisons faibles, et demande généralement un
traitement thermique pour être éliminée;
Eau de constitution: ex. (ZnSO4, 7 H2O), protéines: elle ne peut être enlevée sans créer de dommages,
voire la dénaturation des protéines.

12. 3.2. l’activité de l’eau
L’activité de l’eau mesure de façon globale la force de liaison biochimique entre l’eau et l’aliment.
L’activité de l’eau (aw = water activity) caractérise l’état de rétention de l’eau dans le produit et
renseigne sur le comportement de celui-ci à l’égard des agents d’altération.
L’activité de l’eau se définit par la relation suivante :
Où :
Pw : Pression partielle de vapeur d’eau d’un aliment
P°w : Pression partielle de vapeur d’eau pure à la même température.
Avec :

13. L’activité de l’eau pure étant fixée par convention égale à l’unité aw = 1,
Donc L’activité de l’eau d’une solution ou d’un aliment est toujours inférieure à 1.
La mesure de l’activité de l’eau permet de prévoir quels micro-organismes sont sources
potentielles de contamination.
Un produit peut-être considéré comme stable d’un point de vue microbiologique si son Aw est
inférieure à 0,6.
Plus l‘aw dans un aliment est faible, mieux il se conserve, car la prolifération microbienne et les
réactions chimiques sont limitées.

14. Figure : Risque de détérioration des aliments en fonction de l'aw

15. Les valeurs minimales d’Aw pour lesquelles les bactériens sont susceptibles d’être présents.

17. On peut réduire l’activité de l’eau et améliorer la conservabilité d’un aliment par deux méthodes
différentes:
1. La première est une méthode directe qui consiste à extraire l’eau de l’aliment par déshydratation
(le séchage, l’évaporation ou la lyophilisation)…….. Couteuse.
1. La deuxième est une méthode indirecte qui consiste à lier l’eau disponible par ajout d’agents
dépresseurs de l’activité de l’eau (les sels, notamment le NaCl, et les glucides, notamment les
mono- et disaccharides)……… moins couteuse

18. 3. L’isotherme d’adsorption
3.1. Définition : C’est la courbe qui indique à l’équilibre et pour une température déterminée :
• La quantité d’eau retenue par un aliment donnée en fonction de l’humidité relative de l’atmosphère
qui l’entoure. (Hydratation)
• Ou inversement, la pression partielle de vapeur exercé par l’eau de l’aliment en fonction de la teneur
en eau de celle‐ci. (Déshydratation)
L’ordonnée indique, en g/100 g de produit sec, la
teneur en eau de l’aliment.
L’abscisse correspondante donne, à l’équilibre et à T
déterminée ;
- aW dans l’aliment (désorption),
- ou, l’humidité relative au dessus de l’aliment
(adsorption).
Hydratation
Déshydratation

19. On obtient des isothermes d’adsorption :
- soit en plaçant un aliment de teneur en eau connus, sous vide dans un récipient clos
et en mesurant, à l’équilibre et à T déterminée la pression de vapeur d’eau à l’aide d’un
manomètre ou d’un hygromètre, ou encore par CPG,
- soit en plaçant des échantillons d’un même aliment (sec ou humide) dans une série
de récipients fermés, dans lesquels en maintient une gamme d'humidités relatives et
constantes, et en déterminant, à l’équilibre, les teneurs en eau (par pesée ou par
analyse).

20. 3.2. Isotherme et états de l’eau dans un aliment
1) Pour 0 < aw < 0.2:
L’eau fortement liée (eau retenue) : à la surface de molécules de soluté sous forme d’une couche
monomoléculaire d’eau fixée sur des groupes polaires : ‐‐‐NH3
+ et ‐‐‐ COO- de protéines, ‐‐‐ OH de
glucides, eau de cristallisation des sels et des glucides.
L’eau de cette couche est difficile à enlevée, n’est pas congelable, non disponible ni étant que solvant, ni
étant que réactif.

21. Tableau : Valeurs de la couche monomoléculaire d’eau de quelques produits déshydratés

22. 2) Pour aw > 0.2 :
L’eau faiblement liée (eau plus ou moins libre) : Il s’agit des couches successives d’eau fixées sur la première
couche par l’intermédiaire de liaisons hydrogène, à cette eau on peut ajouter un vapeur d’eau condensée dans
les pores des aliments.
• Cette eau présente des propriétés habituelles : elle est disponible tant comme solvant que comme réactif,
pour cette raison on considère qu’il n’ya pas une différence fondamentale entre l’eau faiblement liée et
l’eau libre dont l’activité est proche de celle de l’eau pure, elles sont capables de s’échanger entre elles très
rapidement, cependant, cette eau pour libre quelque soit ne sort par spontanément des tissus animaux ou
végétaux.
Elle se trouve ‐eau plus ou moins libre‐ en très grande partie sous forme de gel, tant à l’intérieur de
cellules que dans les espaces inter cellulaires, sa rétention est fortement influencée par :
‐ pH ;
‐ La force ionique ;
‐ La nature de sel et certaines altérations.

23. 3.3. Hystérésis des isothermes
Hystérésis: non-coïncidence des 2 courbes
L’isotherme de désorption ou d’adsorption devrait, en théorie suivre le même tracé, mais les données
expérimentales montrent que ce n’est pas toujours le cas (en particulier pour les fruits et les légumes).
L’hystérésis se manifeste essentiellement dans la région intermédiaire de l’isotherme (eau faiblement liée).
Hydratation
Déshydratation
Cette non coïncidence des deux courbes appelée hystérésis
traduit que lors de la désorption, l’équilibre s’établit en chaque
point à aw plus faible que lors de l’adsorption

24. Deux phénomènes peuvent rendre compte de l’hystérésis:
1°) La condensation de l’eau dans les pores des tissus (en fonction du diamètre).
Le diamètre des pores à la surface est plus faible à celui de la profondeur des tissus. La pression de
vapeur d’eau nécessaire à leur remplissage (adsorption) est plus élevée que celle à laquelle ils se vident.
2°) Le phénomène de sursaturation (fruits et légumes riches en sucres) :
- lors de la déshydratation aw baisse vite car les sucres ne précipitent pas mais forment une solution
sursaturée, ce qui empêche l’eau de s’échapper facilement.
- - Par contre lors de la réhumidification, les sucres ne se dissolvent qu’au delà d’une certaine quantité
d’eau (l’eau reste libre donc aw élevée).

25. 4. Intérêts des isothermes d’adsorption pour la technologie alimentaire
Les isothermes de sorptions permettent la connaissance de la répartition et de l’intensité des liaisons de
l’eau, ainsi que sa disponibilité fonctionnelle dans les aliments.
1°) Calcul le nombre de site actif à la surface effective d’un produit.
2°) Les isothermes permettent aussi de prévoir aw, d’un mélange de divers ingrédients humides.
3°) Prévision du comportement d’un aliment lors de traitement ou d’entreposage (stockage)
- Influence de la variation de l’humidité relative sur la teneur en eau d’un aliment non protégé, elle indique donc
l’hygroscopicité du produit.
- Elles renseignent sur la facilité d’élimination de l’eau d’un produit par déshydratation.

26. - Si la déshydratation d’un produit a été effectuée au delà d’un point M0, on peut prévoir que la
réhumidification jusqu’à la teneur en eau correspondant à M0 peut conduire du faite de l’hystérésis à une
aW dangereusement élevée de l’ordre de 0,9
Réhydratation d’un produit déshydraté
- la durée de vie d’un produit emballé peut être estimée en fonction d’une certain nombre de facteurs
parmi lesquels l’évolution de la teneur en eau en fonction de l’activité de l’eau, c’est-à-dire, l’isotherme
de sorption.

27. L’importance de l’aw a été reconnue par l’industrie agroalimentaire. En effet aw influence les phénomènes
tels que :
Effet de l’activité d’eau sur la stabilité des aliments :
- Les caractéristiques organoleptiques : goût, arôme, couleur.
- Les propriétés physico-chimiques : réaction de dégradation des nutriments (brunissement non
enzymatique, …), processus de séchage.
- Les propriétés biologiques des aliments : croissance de microorganisme et activité enzymatique.

28. Plus l'aw dans un aliment est faible, mieux il se conserve, car la prolifération microbienne et les
réactions chimiques sont limitées.