Saveur sucrée (sujet national, juin 2013, exercice 3)

Énoncé

Saveur sucrée
Ce que l'on nomme habituellement le sucre est une « substance de saveur douce extraite de la canne à sucre » (Chrétien de Troyes, né vers 1135 et mort vers 1183, Le Chevalier au lion). Le sucre est majoritairement formé d'un composé nommé saccharose, que l'on trouve aussi dans la betterave sucrière et dans d'autres végétaux. Toutefois, d'autres composés, comme les édulcorants et les polyols, possèdent une saveur sucrée. Il n'est donc pas simple pour le consommateur de s'y retrouver parmi les nombreux produits ayant un pouvoir sucrant qui se trouvent actuellement sur le marché.
L'objectif de cet exercice est d'étudier différents produits à la saveur sucrée.
Document 1
Définition du pouvoir sucrant
« La mesure du pouvoir sucrant d'une substance n'est pas aisée. Il n'y a aucun instrument de laboratoire dédié à cet usage. Les techniques de détermination du pouvoir sucrant font appel à un panel de goûteurs. On cherche la concentration massique CE de l'espèce douée de saveur sucrée qui amène à la même saveur sucrée qu'une solution de saccharose de concentration massique C.
Le pouvoir sucrant (PS) est égal au rapport de la concentration C du saccharose sur la concentration CE de l'espèce douée de saveur sucrée. »

Document 2
À propos des produits à pouvoir sucrant
« Pour le biochimiste, les sucres sont une classe de molécules organiques, les oses, contenant un groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) et plusieurs groupes hydroxyle. Le saccharose, par exemple, issu de la réaction entre le glucose et le fructose, est aussi un sucre. Quant aux polyols, ils correspondent à une classe de molécules organiques ne contenant que des groupes hydroxyle. Les édulcorants, comme l'aspartame et l'acésulfame, sont des produits de synthèse qui remplacent le sucre dans certaines boissons « light ». »

Composé à la saveur douce
Où peut-on le trouver ?
Formule du composé
Pouvoir sucrant
Apport (en kJ.g−1)
saccharose
betterave sucrière
C12H22O11
1,0
17
xylitol
framboise
Voir image 1
1,0
10
aspartame
boisson « light »
Voir image 2
200
0,017
sorbitol
pruneau, cerise
hexan-1, 2, 3, 4, 5, 6-hexol
0,5
13
acésulfame
soda « light »
Voir image 3
200
0
fructose
miel
HO-CH2-CHOH-
CHOH-CHOH-
CO-CH2OH
1,2
17
glucose
raisin
HO-CH2-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO
0,7
16

Image 1
Image 1
Image 2
Image 2
Image 3
Image 3
Document 3
Effets sur la santé
« L'Agence française de sécurité sanitaire des aliments (AFSSA) a réuni un groupe de travail ayant pour objectif de dégager, dans une approche de santé publique, les relations entre la consommation de sucres et les différentes pathologies nutritionnelles, comme le surpoids ou l'obésité. Ce lien, complexe, reste à établir. Par ailleurs, les sucres possèdent une influence sur une pathologie dentaire bien connue : la formation des caries. Ce n'est pas le cas pour les édulcorants et les polyols. Toutefois, on ne connaît pas tous les éventuels effets néfastes sur l'organisme de ces molécules, et certaines études donnent des résultats controversés.
L'absorption de sucre déclenche une libération d'insuline (hormone sécrétée par le pancréas) dans le sang, limitant le taux de glucose dans le sang en le stockant dans le foie. Les polyols quant à eux déclenchent une libération moindre d'insuline, limitant le stockage par l'organisme. L'insuline joue donc un rôle majeur dans la régulation des quantités de sucres présents dans le sang. »

Analyse et synthèse de documents
1. 
À partir de vos connaissances et des documents fournis, rédigez une étude comparée des trois catégories d'espèces sucrantes présentées (20 lignes environ).
Remarque : le candidat est évalué sur ses capacités à analyser les documents, à faire preuve d'un esprit critique sur leurs contenus et sur la qualité de sa rédaction.
Lisez attentivement l'ensemble des documents et identifiez les trois catégories d'espèces sucrantes. Pour chaque espèce, donnez une définition et des exemples, puis étudiez ses caractéristiques (pouvoir sucrant, apport énergétique, effets pathologiques) en citant les documents sur lesquels s'appuie chaque argument. Utilisez des connecteurs logiques, soignez la rédaction (évitez les fautes d'orthographe ou de grammaire) et respectez la longueur imposée (20 lignes environ). Concluez en apportant une réponse à la problématique de départ.
La synthèse de l'aspartame
Acide aspartique
Acide aspartique
Ester méthylique de la phénylalanine
Ester méthylique de la phénylalanine
Aspartame
Aspartame
2. Nommer les groupes caractéristiques a, b, c et d.
3. 
Identifier l'atome de carbone asymétrique de l'acide aspartique. Donner les représentations de Cram des deux énantiomères de l'acide aspartique.
Commencez par repérer l'atome de carbone asymétrique à l'aide d'un astérisque. Placez ensuite les liaisons autour du carbone asymétrique tétraédrique (deux liaisons dans le plan, une liaison vers l'avant et une liaison vers l'arrière), puis complétez par les quatre groupements. Enfin, représentez l'énantiomère (image dans le miroir).
4. 
La molécule d'aspartame est synthétisée en faisant réagir l'acide aspartique avec l'ester méthylique de la phénylalanine pour former la fonction amide (appelée liaison peptidique).
Pour réaliser cette synthèse, il est nécessaire de protéger les fonctions a et b de l'acide aspartique. Justifier cette nécessité.
Identifiez les réactions susceptibles de se dérouler en l'absence de protection de fonctions qui pourraient conduire à la formation de produits non désirés.

Corrigé

Analyse et synthèse de documents
1. Il existe trois catégories d'espèces sucrantes : les oses, les polyols et les édulcorants.
Les oses sont des molécules organiques possédant un groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) et plusieurs groupes hydroxyle (document 2). Le plus couramment utilisé est le saccharose, extrait de la betterave sucrière ou d'autres végétaux : il sert de référence pour définir le pouvoir sucrant (document 1). Le fructose, présent dans le miel, et le glucose, dans le raisin, présentent un pouvoir sucrant proche de celui du saccharose. L'apport énergétique des oses étant élevé, une consommation excessive peut conduire à des pathologies nutritionnelles telles que le surpoids voire l'obésité. En outre, ils peuvent contribuer à la formation de caries (document 3).
Les polyols sont des molécules organiques contenant uniquement des groupes hydroxyles : par exemple, le xylitol ou le sorbitol présents dans certains fruits (framboise, cerise, pruneau…). Leur pouvoir sucrant est proche de celui du saccharose, avec un apport énergétique légérement inférieur (document 2). De plus, leur consommation n'entraîne pas de pathologies dentaires, et ils limitent la libération d'insuline, limitant ainsi le stockage du glucose dans le foie.
Les édulcorants tels que l'aspartame ou l'acésulfame sont des espèces synthétiques qui remplacent le sucre dans les boissons « light » (document 2). Leur pouvoir sucrant est 200 fois plus élevé que celui du saccharose, pour un apport énergétique quasi nul. N'entraînant aucun risque d'obésité ni de caries, ces molécules sont toutefois controversées car elles pourraient avoir des effets néfastes sur l'organisme selon certaines études (document 3).
Il n'existe donc malheureusment actuellement aucune espèce sucrante combinant fort pouvoir sucrant, faible apport énergétique et absence d'effets pathologiques sur l'organisme.
La synthèse de l'aspartame
2. On identifie les groupes caractéristiques suivants :
  • a et c  : groupe carboxyle (classe fonctionnelle des acides carboxyliques) ;
  • b  : groupe amine  ;
  • d  : groupe amide.
3. 
L'atome de carbone identifié par un astérisque est asymétrique car il est lié à quatre groupes d'atomes différents (−CH2−COOH, −NH2, −COOH et −H).
Sujet national, juin 2013, exercice 3 - illustration 7
L'acide aspartique possède un seul carbone asymétrique : cette molécule est donc chirale et existe sous forme de deux énantiomères.
Sujet national, juin 2013, exercice 3 - illustration 8
4. La synthèse de l'aspartame implique la formation d'une liaison peptidique (fonction amide) entre le groupe carboxyle c de l'acide aspartique et le groupe amine de l'ester méthylique. Sans précaution particulière, d'autres réactions sont susceptibles de se dérouler, conduisant à des produits non désirés :
  • réaction entre le groupe carboxyle a de l'acide aspartique et le groupe amine de l'ester méthylique ;
  • réaction entre le groupe amine b d'une molécule d'acide aspartique et un groupe carboxyle d'une autre molécule.
Il est donc nécessaire de protéger les fonctions a et b de l'acide aspartique afin de bloquer temporairement leur réactivité et d'obtenir uniquement le produit désiré (aspartame).