Annales sur le thème de l`alimentation
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Annales sur le thème de l’alimentation PARTIE 1 (8 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Martinique 20114 L’utilisation croissante d'engrais dans les cultures conduit souvent à une production agricole qui stagne. Une équipe de chercheurs est parvenue à mettre au point une méthode de fertilisation inédite, fondée sur les vers de terre, qui réduit l’utilisation des engrais. Avez-vous déjà entendu ce vieux proverbe paysan ? « Dame Nature sait comment s’obtient la fertilité de la terre, elle en a confié le secret aux vers de terre. » Document 1 : actions des vers de terre dans le sol et sur les micro-organismes qu'il renferme Document 1a : structure d’un sol en présence de vers de terre Les vers de terre creusent des galeries. On trouve dans les sols non labourés jusqu’à 500 m de galeries par m² sur environ 20 cm de profondeur. Document 1b : masse de vers de terre, porosité et micro-organismes d’un sol Un sol poreux permet une bonne aération propice au développement des microorganismes. (Pores : petites cavités susceptibles d’être remplies d’air ou d’eau. Porosité : rapport du volume des pores sur le volume total du sol) Document 2 : transformation de la matière organique Dans la plupart des écosystèmes, les vers de terre sont des facteurs clé dans la fragmentation de la matière organique. L’activité conjointe des trois espèces de vers de terre (de surface, de petite profondeur, de profondeur) permet la dégradation fine de la matière organique ainsi que son enfouissement dans le sol en plusieurs étapes. Dans un premier temps, la litière à la surface du sol va être fragmentée par les vers de terre de surface. On estime que cette litière fragmentée sera à son tour consommée par les vers de terre de profondeur, la dégradant encore plus et permettant son enfouissement progressif dans le sol. Cette matière organique fortement dégradée et présente à différents niveaux du sol poursuit son cycle de transformation en matière minérale en étant ingérée par les vers de terre de petite profondeur. La terre et la matière organique digérées par les vers de terre sont excrétées sous forme de turricules ou "déjections" à la surface du sol, mais aussi au niveau de toutes les galeries profondes. La présence de micro-organismes (bactéries et champignons) au niveau des turricules achève la minéralisation de la matière organique. Les vers de terre n’augmentent pas les quantités d’éléments nutritifs, ils les rendent assimilables par les plantes. Plus de 90 pour cent des galeries sont colonisées par des racines de plantes qui les utilisent pour pénétrer sans résistance dans les couches profondes du sol où elles trouvent des conditions nutritives idéales. Composition des turricules et de la terre cultivable avoisinant les galeries : Turricules en surface Terre cultivable 0 - 20 cm de profondeur Azote global (%) 0,35 0,25 Carbone organique (%) 5,2 3,32 31,4 27,4 Elément N en mg/L (NO3 ) 22,0 4,7 Elément P en mg/L (PO43- ) 150,0 20,8 Elément K en mg/L ( K2O) 358 32 Elément Ca disponible en mg/L (Ca2+ ) 2793 1993 Elément Mg disponible en mg/L (Mg2+ ) 492 162 Humidité (%) - Odette MENARD 'Colloque en agroenvironnement CRAAQ 2005 Document 3 : vers de terre et complexe argilo-humique (CAH) Les déjections des vers de terre (turricules) forment des agrégats issus du mélange de matière organique (humus) et de matière minérale (argile). L'accrochage des argiles (charge négative) avec l'humus (charge négative) se fait par des ions positifs. La formation d’un CAH stable se réalise à l’intérieur du tube digestif du ver de terre, qui sécrète une « colle », la glomaline, qui stabilise le CAH et le rend résistant à la dégradation par l’eau. COMMENTAIRE RÉDIGÉ : Rédacteur du journal de votre lycée, dans le cadre de la semaine du développement durable, rédigez un article qui explique le bien fondé du vieux proverbe paysan : « Dame Nature sait comment s’obtient la fertilité de la terre, elle en a confié le secret aux vers de terre » et qui montre que les vers de terre sont une alternative possible à l’utilisation intensive d’engrais. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires). PARTIE 1 (8 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Emirats Arabes Unis 2014 Monsieur X est agriculteur, éleveur de porcs et céréalier ; il fertilise ses champs en épandant du lisier (déjections de porcs). Conscient des problèmes de pollution aux nitrates et soucieux de respecter la « directive nitrate » du Conseil de l’Union européenne, il envisage de faire évoluer ses pratiques agricoles vers une agriculture biologique. Monsieur X sait que cela nécessite une conversion progressive. Avant de prendre sa décision, il consulte un conseiller agrobiologiste. Document 1 : la culture de la féverole. Document 1a : une pratique agricole, l’utilisation de la féverole en rotation. La féverole est une plante de la famille des Légumineuses. Comme le pois, la féverole est riche en protéines et en amidon, ce qui en fait un aliment intéressant pour la nutrition des animaux : elle convient pour les ruminants, les volailles, les porcs. Pour l’agriculture, la féverole est considérée comme un relais azoté dans la rotation des cultures. Elle constitue ainsi un excellent précédent pour les céréales, notamment le blé dont les besoins azotés sont importants. A titre d’exemple, dans le Sud- Ouest de la France, une féverole d’hiver laisse dans le sol de quoi couvrir environ 67% des besoins d’une culture de blé. Par ailleurs, sa culture assure des rendements corrects, de l’ordre de 40 à 80 quintaux/ha selon le sol et la pluviométrie. L’un des atouts agronomiques de cette légumineuse est en outre qu’aucun apport d’azote n’est nécessaire pour sa culture. D’après fiche technique de la culture de la féverole – Techn’ITAB Document 1b : les échanges d’azote entre la plante et le sol. Pour son métabolisme, la plante a besoin d’une source d’azote (N) qu’elle absorbe dans le sol : généralement les ions nitrate NO3-, ou ammonium NH4+ . Certaines plantes, de la famille des Légumineuses, présentent au niveau de leurs racines des nodosités qui modifient leurs échanges d’azote. Document 2 : schéma des interactions dans le complexe argilo-humique. Document 3 : variation de la teneur en ions nitrate d'une eau souterraine en fonction des pratiques culturales. COMMENTAIRE RÉDIGÉ : L’agrobiologiste propose à Monsieur X d’utiliser la féverole en rotation pour commencer sa conversion de l’agriculture traditionnelle vers l’agriculture biologique. Développez l’argumentaire de l’agrobiologiste visant à montrer à Monsieur X l’impact de cette pratique agricole pour ses rendements ainsi que sur l’environnement et la santé. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires). PARTIE 1 (8 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Emirats Arabes unis 2013 Le « poisson aromatisé à la fumée » est préparé avec des arômes de fumée mais sans être soumis à un procédé de fumage. Au Canada, le règlement « B.21.025 », qui vise à assurer l'innocuité des produits de poisson aromatisé à la fumée distribués et vendus, impose un certain nombre de règles dont on cherche à comprendre l’intérêt. Document 1 : conditions de conservation du poisson aromatisé à la fumée. « Les emballages étanches à l'air (emballages sous vide) […] empêchent l'échange facile de l'oxygène avec toute portion du contenu. Le poisson aromatisé à la fumée contenu dans des emballages étanches à l'air et qui n'a pas été traité par un autre moyen de conservation doit porter la mention « Garder congelé jusqu'à utilisation ». Ce règlement a été élaboré suite aux incidents de botulisme (une forme d'intoxication alimentaire) découlant de la consommation de poisson aromatisé à la fumée, emballé sous vide, mais non congelé au départ. La bactérie responsable, Clostridium botulinum de type E, est très répandue dans les milieux marins et, de ce fait, présente dans plusieurs poissons. Cet organisme présente un problème particulier de santé publique, car dans des conditions favorables, il peut proliférer […] sans que l'aliment ne montre aucun signe de détérioration. Le règlement B.21.025 interdit la vente d’animaux marins ou d’eau douce auxquels on a ajouté un arôme de fumée liquide s’ils sont emballés dans un contenant étanche à l’air sauf si le contenant a subi, après scellage, un traitement par la chaleur et pendant une période permettant de détruire toutes les spores de Clostridium botulinum, ou si la teneur en sel des produits dans le contenant est égale ou supérieure à neuf pour cent. » Document 2 : observation de l’aspect et de l’odeur du poisson au bout de 3 jours de conservation dans des conditions différentes Conditions de conservation du Emballé sous vide et poisson placé au réfrigérateur Non emballé et placé au réfrigérateur Non emballé et placé à température ambiante Aspect Aspect de la peau Pigmentation brillante. Pas de décoloration Terne. Pigmentation en voie de décoloration. Décoloration de la pigmentation bien avancée. Aspect de la chair Lisse et brillante, pas de changement de couleur initiale Terne. Terne. Saveur et odeur Saveur douce. Pas de mauvaise odeur. Aigre et presque nauséabonde. Nauséabonde. Document 3 : les différentes formes de vie de Clostridium botulinum de type E et les passages d’une forme à une autre en fonction des conditions du milieu. Lorsque les conditions du milieu deviennent défavorables (manque de nourriture, température inférieure à 3,3°C ; teneur en sel supérieure ou égale à 9%...), la bactérie se transforme en une spore très résistante, incapable de se multiplier ou de libérer la toxine botulique. Lorsque les conditions redeviennent favorables (présence de substances nutritives, température favorable (voir le tableau ci-dessous), teneur en sel inférieure à 9%), la spore germe pour donner une bactérie, qui pourra se multiplier et libérer la toxine botulique. Températures favorables au développement des bactéries Clostridium botulinum de type E Température en °C La plus favorable Minimale Croissance de la population bactérienne 30 3,3 Germination de la spore en bactérie 37 10 Etape du cycle de vie de la bactérie COMMENTAIRE RÉDIGÉ : Un consommateur, peu attentif aux mentions notées sur l’emballage du poisson aromatisé à la fumée emballé sous vide, veut conserver celui-ci dans son réfrigérateur, à 5°C. Convainquez-le de respecter la recommandation « Garder congelé jusqu'à utilisation », en expliquant notamment comment une réfrigération à 5°C limite les signes de détérioration mais ne garantit pas l’innocuité de ce produit. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires). PARTIE 1 (8 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Asie 2012 En septembre 2011, huit cas graves de botulisme ont été recensés dans le sud de la France. Après avoir mené des recherches et effectué des analyses, les autorités ont trouvé l'aliment à l'origine des maux dont souffraient les huit patients : de la tapenade d'olives vertes, mal stérilisée dans un appareil de type lessiveuse. On cherche à comprendre si l'appareil de stérilisation est en cause. Document 1 : Informations sur Clostridium botulinum, agent pathogène responsable du botulisme Le botulisme est une maladie paralytique rare mais grave due à une neurotoxine bactérienne: la toxine botulique. Celle-ci est produite par différentes-espèces de bactéries anaérobies du genre Clostridium, la plus connue étant Clostridium botulinum. Cycle de développement de Clostridium botulinum en fonction des conditions du milieu Quelques températures importantes pour Clostridium botulinum Température Croissance de la bactérie Transformation de la spore en bactérie Entre 5 °C et 37 °C Aux alentours de 37 °C Destruction de la toxine botulique et des bactéries Supérieure à 80 °C Destruction des spores les plus thermorésistantes Supérieure à 120 °C Document 2 : Quelques conditions de pression et de température de vaporisation de l'eau Pression en hPa* Température de vaporisation de l'eau en °C Dans un stérilisateur de type lessiveuse 1 013 100 Dans un autoclave de type « cocotte minute » 2 061 121 * 1 hPa = 100 Pa Document 3 : Appareils domestiques utilisés pour stériliser des conserves Mise en place des bocaux dans un stérilisateur type « lessiveuse » ou dans un autoclave type « cocotte minute » Stérilisateur de type « lessiveuse » Autoclave de type « cocotte minute » C'est une « marmite à pression » qui permet la cuisson à la vapeur ; cet appareil est muni d'un système de verrouillage permettant de cuire rapidement et à une température élevée : jusqu'à 121°C. C'est une marmite dans laquelle les conserves doivent être stérilisées deux fois à 24 heures d'intervalle pour être certain d'éliminer toutes les formes de bactéries. Un premier chauffage à 100°C détruit les bactéries et les toxines. Seules les spores subsistent. La durée de stérilisation est fonction de l'aliment stérilisé. On laisse reposer 24 heures. Au cours du refroidissement, les spores germent en bactéries. On porte à ébullition une deuxième fois, pendant la même durée. Les bactéries issues des spores sont totalement détruites, avant d'avoir eu le temps de se transformer en spores à nouveau. COMMENTAIRE RÉDIGÉ : Suite à l'intoxication par la tapenade, on a pu lire dans le journal local: « ... La tapenade avait été réalisée avec un appareil de type lessiveuse, inadapté pour la stérilisation. » Expliquez au journaliste, auteur de l'article, que le respect du mode opératoire du stérilisateur de type « lessiveuse », tout comme celui de la « cocotte minute », aurait pu éviter cette intoxication alimentaire. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances. PARTIE 3 (6 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Métropole 2014 Document 1 : histoire de la choucroute. Au IIIème siècle avant notre ère, les Chinois surent conserver les choux en les laissant fermenter dans des cuves fermées, en présence de sel1. On sait aujourd'hui que la fermentation du chou est une fermentation lactique qui se déroule sans dioxygène. Elle est due à diverses bactéries présentes naturellement sur les feuilles de chou, comme Lactobacillus plantarum. La fermentation du chou produit de l'acide lactique. On obtient un chou acide qui, une fois cuit, est tout à fait consommable et peut se conserver entre un et deux ans. Les historiens ont pu établir que les Huns, en tentant d'envahir la Chine, ont appris la technique du chou acide. Refoulés par la résistance décidée de l'armée chinoise, les Huns ont repris leur cavalcade dévastatrice vers le Couchant et, traversant l'Autriche et la Bavière, ont cédé à ces régions la méthode de fermentation lactique du chou. Dans ces contrées de langue germanique, chou acide se dit Sauerkraut, et il paraît qu'en 451 les Huns d'Attila introduisirent cette Sauerkraut, ou choucroute, en Alsace. 1 Le sel détruit les cellules du chou, ce qui enrichit le milieu en nutriments favorisant l'activité des lactobacilles. Document 2 : pH de croissance de quelques micro-organismes Exemple : les levures se multiplient pour des pH compris entre 2 et 8. Document 3 : bienfaits de la choucroute La choucroute, facile à conserver et riche en vitamine C*, est un repère dans l'évolution alimentaire, tant elle améliora la nutrition et la santé des populations, l'hiver. Elle contribua, de façon non négligeable, au développement économique […]. * Une carence sévère en vitamine C entraîne une maladie qui peut être mortelle, le scorbut. QUESTION 1 : A partir des documents et de vos connaissances, citer trois paramètres de la fabrication de la choucroute pouvant influencer la croissance des microorganismes. QUESTION 2 : A partir des documents 1 et 2, expliquer comment une molécule produite lors de la fermentation de certains aliments permet leur conservation. QUESTION 3 : On cherche le lien entre le pH de la choucroute et sa conservation possible sur plusieurs années. Indiquer uniquement la réponse exacte sur votre copie: a) Le pH de la choucroute est compatible avec la croissance des bactéries Salmonella typhi et Bacillus subtilis. b) Le pH de la choucroute est incompatible avec la croissance de levures et autres moisissures. c) Le pH du chou cru est incompatible avec la multiplication de micro-organismes pathogènes. d) Si le pH de la choucroute se stabilisait autour de 4,5, certains micro-organismes responsables d'infections alimentaires pourraient se développer. QUESTION 4 : D'après Alexandre Dumas : « Le célèbre capitaine Cook attribue aussi en grande partie l'excellente santé de ses matelots dans tous ses voyages à la grande quantité de choucroute qu'il leur faisait distribuer, la choucroute étant d'une digestion plus facile que le chou ordinaire ». Extrait du Grand Dictionnaire de cuisine, publié en 1873. A l’aide des documents et de vos connaissances, donnez deux intérêts de la choucroute, indépendants de sa digestion, favorisant la santé d’un équipage lors d’un long voyage PARTIE 3 (6 points) NOURRIR L'HUMANITÉ – Septembre 2013 Louis PASTEUR, scientifique français du XIXème siècle, également chimiste et physicien de formation, fut un pionnier de la microbiologie, science étudiant les microorganismes. Ses travaux sur les micro-organismes sont à l’origine des techniques de production et de conservation de certains produits alimentaires. Document 1 : la fabrication de la bière La bière est un produit dont la fabrication et la conservation impliquent des microorganismes. En effet, certains micro-organismes sont responsables de la fermentation à l’origine de l’alcool. La fabrication d’une bière nécessite deux grandes étapes comme le montre le schéma suivant : SCHEMA SIMPLIFIE DES ETAPES DE FABRICATION D’UNE BIERE *Le moût désigne le mélange obtenu après pression et cuisson des céréales comme le malt, orge germé utilisé dans la fabrication de la bière. Document 2 : Conseils de Louis PASTEUR aux brasseurs Des années 1862 à 1877, Louis PASTEUR étudia les micro-organismes responsables de la fermentation. Il découvrit ainsi une nouvelle catégorie d’êtres vivants, capables de vivre sans dioxygène et de produire de l’alcool par fermentation : les levures. À cette occasion, Pasteur indiqua aux brasseurs qu’une température de 25°C et une absence de dioxygène permettaient une fabrication optimale de la bière. Il découvrit également que le moût pouvait perdre ses qualités sous l’action de certains microorganismes apportés par « les poussières de l'air ». Il proposa alors aux brasseurs une technique permettant de « préserver les moûts des souillures et des maladies » en chauffant le moût à 100°C pendant une heure. Cette méthode, appliquée à tous « les liquides altérables », est connue aujourd’hui dans le monde entier sous le nom de "pasteurisation". D’après le site internet de l’institut Pasteur, http://www.pasteur.fr Document 3 : Données expérimentales sur les conditions de développement des levures de boulanger 3a. Résultat d’une expérience réalisée avec des levures de boulanger à 25°C Une suspension de levures de boulanger est placée à 25°C. On étudie, grâce à un dispositif d’expérimentation assistée par ordinateur, l’évolution des concentrations en dioxygène (O2), dioxyde de carbone (CO2) et éthanol (alcool) dans la suspension. QUESTIONS Question 1 : on s'intéresse à la production d'alcool dans la fabrication de la bière. Répondre à la question 1 de l'annexe 2 à rendre avec la copie Question 2 : on s'intéresse aux conditions optimales de fermentation des levures. Répondre à la question 2 de l'annexe 2 à rendre avec la copie Question 3 : on s'intéresse aux conditions de production d'alcool par les levures. Répondre à la question 3 de l'annexe 2 à rendre avec la copie Question 4 : on s'intéresse à l'étape de cuisson dans l'obtention du moût. Répondre à la question 4 de l'annexe 2 à rendre avec la copie Question 5 : on s'intéresse aux conditions d'ajout des levures. Répondre à la question 5 de l'annexe 2 à rendre avec la copie ANNEXE 2 A l’aide de vos connaissances et des documents, compléter les phrases suivantes en cochant uniquement la réponse exacte : Question 1 : La fabrication d’une bière repose sur la production d’alcool lors de l’étape : □ d’aromatisation avec du houblon □ de refroidissement du moût □ de fermentation du moût □ de brassage des céréales. Question 2 : D’après Pasteur, les conditions optimales nécessaires à la fermentation des levures sont une : □ absence de dioxygène et une température de 25°C □ absence de dioxygène et une température supérieure ou égale à 55°C □ présence de dioxygène et une température de 25°C □ présence de dioxygène et une température supérieure ou égale à 55°C Question 3 : La production d’éthanol par les levures de boulanger débute lorsque la concentration en : □ dioxygène est nul □ dioxyde de carbone est nul □ dioxygène atteint 5mg/L □ dioxyde de carbone est inférieur à 10 UA (unité arbitraire) Question 4 : L’étape de cuisson utilisée dans l’obtention du moût est nécessaire pour : □ détruire les levures □ détruire les micro-organismes □ aromatiser le moût □ produire l’alcool responsables des souillures Question 5 : Le refroidissement du moût avant l’ajout des levures est indispensable pour : □ oxygéner le moût □ produire du dioxyde de carbone □ permettre le développement optimal des levures □ détruire les micro-organismes responsables des souillures
