la gélification de l`agar agar

Agar agar
Carte d’identité
Nom : Agar agar
Formule brute : (C12H18O9)x
Nom alimentaire : E 406 dans la liste des additifs alimentaires
Provenance : Algues rouges de la famille des Gracilariacées
Constitution : L’agar pur est constitué de deux polysaccharides :
l’agarose et l’agaropectine
(voir le descriptif pages suivantes)
Propriétés : - Soluble dans l’eau chaude
- Produit gélifiant
¤ Gélification à partir de 35°C
¤ Liquéfaction à partir de 80°C
- Thermoréversibles
Histoire
Dans les années 1650, au Japon, le seigneur Daimyo laissa refroidir son
tokoroten (bouillon d'algues) à l'extérieur. Or, lorsqu’il retourna le chercher, il
le retrouva congelé. Il le réchauffa alors, et le tokoroten se transforma en gel
solide et translucide. Le kanten (encore appelé agar-agar ou agar) était
découvert.
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Les utilisations de l’agar agar
Très utilisé dans l’alimentation pour ses propriétés gélifiantes, il possède l'avantage d'être peu
calorique. Il est une alternative végétarienne et naturelle à la gélatine animale (son utilisation
dans le domaine alimentaire s’est accélérée en Europe à partir de la crise de la vache folle),
avec un résultat plus ferme.
Dans le domaine scientifique, ce gélifiant sert à réaliser des prises
d'empreintes pour différentes applications allant de l'archéologie à la
dentisterie.
C'est un matériau qui se liquéfie
au-dessus de 80 °C et gélifie en
refroidissant. En microbiologie il
sert de gélifiant pour les cultures
in vitro de tissus végétaux ou
animaux.
Il est également utilisé en chimie pour la création de jonctions
électrolytiques (ou « ponts ioniques ») dans les piles. Ce support
gélifié est baigné le plus souvent par une solution de chlorure de
potassium (KCl), ces ions n'interférant qu'avec peu de couples
rédox.
Il peut aussi servir de milieu de
nécessitant très peu de perturbation.
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croissance
de
cristaux
Structure de l’agar agar
C’est un mélange de deux polymères* : les polysaccharides* agarose et agaropectine.
1 - L’agarose est un polymère formé par la répétition d’un très grand nombre, n, de
monomères* agarose pour former la structure suivante :
Polymère : Substance composée de molécules
caractérisées par la répétition, un grand nombre
de fois, d'un ou de plusieurs atomes ou groupes
d'atomes (le Monomère).
Polysaccharide : Sucre complexe composé de
plusieurs molécules de sucres simples
On peut aussi représenter une portion du polymère :
2 - L’agaropectine est un polymère qui reprend la même répétition de monomères que l’agarose
ci-dessus, mais avec quelques groupements sulfate –SO3- et/ou pyruvate –CH2–CO–COO- à la
place de l’atome d’hydrogène de certains groupes hydroxyles comme représenté en vert sur le
schéma ci-dessous :
Caractères hydrophiles et hydrophobes de l’agar-agar
L’agarose et l’agaropectine sont constitué de groupes –CH2–O– fortement hydrophobes (qui n’ont
pas d’affinité pour l’eau).
Les groupements sulfate et pyruvate de l’agaropectine sont hydrophiles (qui ont une affinité pour
l’eau) du fait de leur caractère polaire.
Cette double propriété va permettre d’expliquer la gélification de l’agar agar.
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La gélification
Définition du dictionnaire Larousse :
Un gel est un liquide emprisonné dans un réseau. Ce réseau peut être composé de protéines* (ex
: gélatine, protéines de l'œuf, etc.…) ou de polysaccharides* (agar-agar, carraghénane,
etc.….).
Acides aminés : Acide organique comprenant un groupe acide
Les protéines sont de très longues chaînes
du type carboxylique (COOH), une fonction aminée (NH2). Leur
d'acides aminés attachés les uns aux autres par
formule générale est H2N–CH–R– OOH, où R représente un
une liaison chimique, dite liaison peptidique.
radical organique propre à chaque acide aminé considéré.
Dans le domaine des algues, il existe 3 types de gélification en fonction du gélifiant employé :
- la gélification des carraghénanes : Le carraghénane est un
polysaccharide extrait d'algues rouges servant d'agent d'épaississement
et de stabilisation dans l'industrie alimentaire. Les carraghénanes
permettent de former des gels à chaud (jusqu'à 60 °C) comme l’agar
agar.
- la gélification des alginates : les alginates sont des polysaccharides
obtenus à partir d'une famille d'algues brunes : les laminaires ou les
fucus.
- la gélification de l'agar agar : C’est celle que nous allons étudier
Ce sont principalement les agaroses avec leurs groupes hydrophobes qui sont les responsables de
la gélification.
Représentation symbolique d’un polymère d’agar agar :
Groupes hydrophiles éventuellement présents
Agarose ou Agaropectine
Polymère
Groupes hydrophobes
Etape 1 : Mise en solution de l’agar agar – Obtention d’une solution aqueuse d’agar agar
L’agar agar solide est sous la forme de petits grains constitués des polymères enroulés sur euxmêmes. Lorsqu’il est mis en solution dans l’eau les polymères se déroulent et s’étirent.
Au niveau macroscopique on obtient ceci :
Etape 1 : pelote de polymères
désordonnés juste après la mise
en solution. L’agar agar est alors
en solution aqueuse
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Etape 2 : formation des « hélices » de polymères croisés – obtention d’un gel liquide
Lorsqu’on chauffe la solution, ce qui améliore la dissolution, à partir de 35°- 40°C deux
polymères se rapprochent de façon parallèle pour isoler leurs groupes hydrophobes et expulser
les molécules d’eau entre eux. Ces groupes se tournent vers l’intérieur et permettent un
rapprochement des polymères comme sur le schéma ci-dessous.
A l’occasion du rapprochement des polymères, des liaisons hydrogènes* se créent entre eux. Ces
polymères liés se croisent et adoptent une structure en hélice (voir ci-dessous la représentation
macroscopique) pour former des fibres assez grosses qui vont transformer la solution en gel
liquide.
Remarque : si on chauffe au-delà de 80°C le gel se liquéfie à nouveau.
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Au niveau macroscopique on obtient ceci :
Etape 2 : Avec les liaisons
hydrogènes les polymères
adoptent une structure en
hélice. L’agar agar est alors
sous la forme d’un gel liquide
Etape 1 : Agar agar en
solution aqueuse
Etape 3 : agrégation des « hélices » par refroidissement – obtention d’un gel solide
Lors du refroidissement de la solution, vers 40°C, les hélices vont se lier pour former des
agrégats au sein desquels l’eau sera « emprisonnée » (voir schéma ci-dessous), le gel devient
solide.
Au niveau macroscopique on obtient ceci :
Remarque : les gels d’agar agar sont thermoréversibles. On peut donc les gélifier puis liquéfier à
répétition sans pour autant diminuer leur qualité. Cette propriété est due aux liaisons qui se
créent entre certaines hélices et qui vont pouvoir être cassées facilement.
Résumé :
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