2. Les propriétés physico-chimiques de l’œuf

 

La physico-chimie est la chimie qui se sert des lois de la physique pour interpréter ses phénomènes.

On peut relever trois principales propriétés physico-chimiques pour l’œuf :

Le pouvoir émulsifiant :

L’œuf a un pouvoir émulsifiant : c’est la dispersion d’un liquide dans un autre liquide. Même si au final le mélange semble homogène, il est réellement hétérogène à l’échelle macroscopique. On peut observer une émulsion avec un jaune d’œuf et de l’huile lors de la fabrication d’une mayonnaise. Les deux éléments sont non-miscibles mais en persévérant on obtient un mélange homogène : pour une émulsion, il faut une dispersion dite « stable ».

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Le mélange est hétérogène macroscopiquement car des gouttes d’huiles sont emprisonnées dans l’eau du jaune d’œuf à l’aide de de molécules tensioactives qui sont hydrophile (qui aime l’eau) d’un coté de la molécule et lipophile (qui aime les lipides) de l’autre. Ces dernières se placent sur les parois des gouttes d’huile ce qui les empêchent de se mélanger à l’eau du jaune : elles forment alors des micelles.

Ainsi pour obtenir une émulsion il faut effectuer une mayonnaise, c’est à dire une dispersion de gouttelettes d’huile dans de l’eau. Ces gouttelettes sont apportées par le jaune de l’œuf et éventuellement par du vinaigre, de la moutarde ou du jus de citron.


Recette de la mayonnaise:

-un jaune d’œuf

-une cuillère à café de moutarde

-1/4 de L d’huile

-une cuillère à café de viaigre

-sel, poivre

Mettre dans un bol le jaune d’oeuf, saler, poivrer, bien mélanger au fouet. Ajouter le vinaigre, mêler. Incorporer l’huile, en un mince filet, en fouettant énergiquement.


Expérience

Prendre un bol et un fouet.Verser de l’huile dedans, puis de l’eau.

On observe que l’eau, plus lourde que l’huile reste en dessous. Même si l’on fouette pendant des heures, l’huile remontera toujours au dessus de l’eau.

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Les molécules d’eau (H2O) ne se mélangent pas avec les molécules d’huile (lipides) composées principalement d’atomes de carbone et d’hydrogène.

Mais alors, comment faire de la mayonnaise ?

En ajoutant des molécules qui vont faire le lien entre l’huile et l’eau.

Ces molécules se trouvent dans le jaune d’œuf, la moutarde, le vinaigre ou le jus de citron.

Hormis le mélange des deux phases, le battement des différents ingrédients permet de dénaturer les protéines du jaune d’œuf. Les liaisons les plus faibles (celle d’hydrogène par exemple) se rompent, les protéines deviennent de longues chaînes d’acides aminés ce qui va faciliter leur insertion entre les gouttelettes d’eau.

Enfin, toutes les protéines vont se lier entre elles pour créer un réseau très dense, qui va emprisonner les gouttelettes d’huile: c’est la formation des micelles.

Ces micelles qui subissent des interactions électrostatiques se repoussent car elles portent les mêmes charges électriques, elles vont donc se disperser dans l’eau.

Puis, grâce à leur surface hydrophile, les micelles forment des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau. Le mélange est donc stabilisé.

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Si l’on met trop d’huile pour la quantité de jaune employée, la mayonnaise se décompose. Et pourtant, on peut parvenir à faire jusqu’à 24 litres de mayonnaise avec un seul jaune !

Le pouvoir moussant :

Définition: Une mousse correspond à l’incorporation d’air dans un liquide. Quand on bat des blancs en neige cette incorporation est due à l’action du fouet. Dans l’industrie, elle est due à de l’injection d’air par des machines.

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L’œuf possède également un pouvoir moussant : le foisonnement est la modification du volume occupé par une matière fragmentée par inclusion d’air ou d’eau or, la mousse est un gaz dispersé dans un liquide ou dans un solide c’est pourquoi en battant les blancs de l’œuf, ces derniers moussent et « montent en neige ». On peut remarquer sur la capture d’écran de blanc en neige ci-dessous (microscope) des bulles d’air « emprisonnées » (par des protéines) dans l’eau du blanc d’œuf :

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Lorsque nous battons du blanc d’œuf, nous incorporons donc de l’air  et les protéines forment alors un film autour des bulles d’air, ce qui stabilise la mousse. Battre les œufs entraîne la dénaturation de la protéine et permet l’incorporation de l’air dans la solution et enfin la formation d’un film qui stabilise la solution.

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Le pouvoir coagulant :

Enfin, l’œuf peut coaguler, c’est à dire transformer ses substances de l’état liquide à un état plus ou moins solide. C’est ce qui se produit lors de la cuisson d’un œuf. En effet, lorsqu’on chauffe un œuf, on observe que le liquide devient solide. On dit que l’œuf a coagulé, ou bien encore qu’il est cuit. Les protéines de l’œuf (jaune et blanc) sont à l’origine de cette coagulation. Les  protéines coagulent sous l’action de la chaleur (dans notre cas), c’est l’agent physique le plus courant en cuisine. Il faut savoir que les protéines du blanc sont les plus sensibles à la chaleur et que le température de coagulation commençante du blanc (61°C) est inférieure à celle du jaune (63°C). Et la couleur du blanc de l’œuf transparent (et jaune) devient opaque et blanc.

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Les protéines sont responsables de ce changement d’état : ce sont des molécules analogues à des longs fils, souvent repliées sur elles-mêmes en raison des forces qui s’exercent sur les atomes. Elles sont formées de plus de 60 acides aminés (macromolécules) liées chimiquement les unes aux autres par des liaisons hydrogènes peu résistantes.

Ceci est une représentation d’une molécule d’ovalbumine élaborée sur Rastop (logiciel d’svt). On observe 4 chaines similaires qui s’assemblent, et celles-ci sont entortillées de manière spécifique.

oval.jpg

Molécule d’ovalbumine: les traits rouges sont les liaisons hydrogènes. Ces liaisons s’exercent entre un atome d’hydrogène lié à un atome d’électronégativité élevée (O,N,CL) et un autre atome de forte électronégativité d’une autre molécule.

En zoomant sur une partie d’une chaîne, on peut observer qu’elle possède des liaisons dites faibles. Ces dernières s’opposent aux liaisons fortes de cette façon :

liaison-peptidique-ovalbumine.jpg

La coagulation s’opère en trois étapes:

  • En chauffant, dès lors que la température de l’œuf s’approche de 60°, l’agitation atomique devient si importante qu’elle entraîne une dénaturation des protéines présentent dans l’œuf, c’est à dire que les liaisons peptidiques faibles se rompent et les protéines se déroulent.

Voici la molécule d’ovalbumine sans ses liaisons faibles, on dit alors qu’elle est dénaturée :

molecule-d-ovalbumine-denaturee.jpg

  • Ainsi certaines parties deviennent plus accessibles et ces protéines dénaturées se réorganisent en formant de nouvelles liaisons.
  • La dénaturation des protéines « expulse » des atomes de souffre qui se lient pour créer des ponts disulfures.
Schéma représentant la création d’un pont disulfure  
SH représente un groupe thiol, qui correspond à  la partie d’une cystéine qui s’unit et R représente le restant de la cystéine
La molécule créée R-S-S-R est appelée cystine, elle résulte de la liaison de ces deux molécules.

Ils permettent donc de lier les chaines de protéines entre elles et ainsi d’emprisonner les molécules d’eau. Ces ponts disulfures sont des liaisons covalentes fortes, contrairement à celles d’hydrogène, qui réunissent deux cystéines dans une séquence peptidique.

ovalbumine_coagulation-2dfmc

A la suite de ces trois étapes, l’œuf est alors à l’état rigide (cuit) car les molécules d’eau sont emprisonnées.

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