I. Les différents composants du Coca-Cola

 

 


Le saccharose est tout simplement le sucre commercial extrait de la betterave sucrière ou de la canne à sucre.

C’est à partir de 1747 qu’un Allemand prénommé Andreas Sigismund Marggraf avec son élève Olivier de Serres réussirent à extraire le sucre de la betterave. Cette initiative débouche en 1802 par la mise en service, tout d’abord artisanale, de la première fabrique de sucre de betterave au monde à Kürnen-sur-Oder (Silésie). Ce n’est qu’à partir de 1812 que née la première extraction industrielle de sucre grâce au Français, Benjamin Delessert. La betterave sucrière est une plante d’Europe centrale utilisée pour la production de sucre.

La canne à sucre est une plante sous la forme de bambou qui était originaire d’Asie. Toutefois, à partir du XVIème siècle elle s’est répandue dans les îles de Polynésie, d’Indonésie ou encore dans la vallée du Nil.

         Canne à sucre                          Betterave sucrière

Le saccharose est donc extrait de la canne à sucre ou de la betterave. Ce sucre, étant le constituant du sucre blanc courant, était encore consommé comme un produit de luxe. Son extraction n’a été véritablement industrialisée et sa consommation n’est réellement devenue populaire qu’au tournant du XVIIIème siècle.

Sa caractéristique principale est son goût sucré, plaisant, qui peut conduire à une consommation excessive. Le pouvoir sucrant du saccharose (coté 1 arbitrairement) est en effet nettement supérieur à celui du glucose (0,7). Il n’est inférieur, parmi les sucres naturels, qu’à celui du fructose (1,1 à 1,6).

Le saccharose est une molécule organique dont le nom officiel est le α-D-glucopyrannosyl (1->2) β-D-fructofurannoside. Il est composé de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Il a pour formule chimique non-développée : C12H22O11 et une masse molaire de 342, 3 g. mol-1.

Cette molécule est un diholoside (composé chimique qui résulte de la condensation de deux glucides n'ayant qu'une seule chaîne carbonée.) constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose reliées entre elles. Enfin, lors de son hydrolyse dans le corps par une enzyme, l'invertase, le saccharose donne du glucose et du fructose.

Le taux de sucre dans un aliment peut être trouvé par l'échelle de Brix qui sert à mesurer en degrés Brix (°B) la fraction de saccharose dans un liquide, c'est-à-dire le pourcentage de matière sèche soluble. Afin de permettre cette mesure on utilise un réfractomètre (ou aréomètre).

 


L'aspartame de formule C14H18N2O5, ou, plus scientifiquement, l'aspatyl-L-phénylalanine, est un édulcorant, il ne contient donc aucun sucre « rapide » (ce qui signifie peut être moins d'énergie) et qui procure ainsi un état de satiété plus durable.

Son pouvoir sucrant est environ 200 fois supérieur à celui du saccharose. Il est commercialisé en Europe depuis 1981 dans les produits alimentaires, 1983 pour les boissons et en tant qu'édulcorant général depuis 1996.

Connut sous le label E331, il est composé de phénylalanine et d'acide aspartique et a pour masse molaire 294,3 g/mol. Il peut se rencontrer sous forme solide ou liquide, il est d'ailleurs stable sous sa forme solide mais conservé sous sa forme liquide à une température supérieure à 30°C, il perd progressivement son pouvoir sucrant et devient toxique. En effet, une réaction en chaîne s'opère : il se convertit d'abord petit à petit en dicétopipérazine qui, par la suite se dégrade partiellement en méthanol, phénylalanine et acide aspartique. La réaction continue car le méthanol se décompose par la suite en formaldéhyde  et en acide formique. Or, ces deux derniers composants chimiques sont des carcinogènes biens connus.

 

 

 


 

La caféine est découverte en 1820 par le chimiste allemand Friedrich Ferdinand Runge aidé par Von Giese. Ils nommèrent leur découverte « kafein » en tant que composé chimique du café. En 1827 la théine fut découverte par Oudr. Puis on s'aperçut, quelques années plus tard, que ces deux éléments n'en étaient, en vérité, qu'un seul : un alcaloïde. Cette substance  faisant partie de la famille des méthylxanthines avec pour formule brute C8H10N4O. Elle porte plusieurs autres dénotations telles que  théine, guaranine, méthylthéobromine, ou encore 1,3,7-triméthylxanthine.

Dans une solution aqueuse normale, elle n'est pas ionisée mais lorsqu’elle se dissout, elle se présente sous forme de dimères (molécule issue de l’union de deux molécules identiques) ainsi que de polymères (composé chimique issu de l’union de plusieurs molécules pour former une grosse molécule).

La caféine est un alcaloïde, soit un produit chimique azoté, ayant généralement une action puissante sur l'organisme, parfois toxique. La caféine est un alcaloïde stimulant du système nerveux central : c'est un psychostimulant. Parmi les alcaloïdes la caféine fait partie du groupe des purines. Dans ce groupe on  trouve en plus de la caféine, la théobromine ou encore la théophylline.

Ces alcaloïdes sont notamment présents dans les graines de café (coffea arabica entre autres), celles du cola (cola nitida), les feuilles de maté (ilex paraguarensis) et de thé (camellia sinensis).

Dans sa forme pure, la caféine qui se trouve sous forme de cristaux effilés blancs au goût extrêmement amer. La consommation mondiale de caféine est évaluée à 120 000 tonnes par an. Ce qui lui donne le statut de la substance la plus répandu et consommée dans le monde. En effet ce chiffre-là correspond à une consommation quotidienne d’une boisson caféinée par chaque habitant de la planète. Cette absorption de caféine continu d’évoluer comme nous le montre le graphe ci-dessous. 

 

 

La noix de Kola est la graine d’un arbre, le colatier ou kolatier. Ce végétal est originaire des forêts humides de l’Afrique de l’Ouest, Jamaïque et du Brésil. Il pousse le plus souvent de manière spontanée, mais certaines espèces sont cultivées et ont été introduites en Amérique Latine, en Asie et en Australie. La noix de Kola était un ingrédient du Coca-cola et contient jusqu’à 3.5% de caféine. C'est un secret si elle est encore dans Coca-cola aujourd'hui, mais en tout cas elle est encore dans Pepsi Cola.

 

 


Il a été découvert sous forme cristalline en Angleterre en 1869 par un médecin. Il a été obtenu par un mélange de jus de citron saturé avec de l'eau de chaux, décomposé en acide sulfurique. Cette réaction passe par une étape intermédiaire : le citrate de calcium.

C'est en 1893 que des scientifiques ont eu l'idée que des champignons filamenteux pouvaient contenir de l'acide citrique mais, ce n'est qu'en 1923 que le citrate a été isolé d'une culture de champignons fermentés. Cette méthode fut d'abord effectuée dans les laboratoires à petite échelle puis a été élargie afin de répondre à l'importante demande. L'acide citrique est donc préparé par la fermentation d'une solution sucrée.

 

 

L'acide citrique, de formule brute C6H8O7 et de masse molaire 192,1235 ± 0,0075 g/mol est un additif alimentaire utilisé comme acidifiant dans l'industrie alimentaire (E330), notamment dans les sodas.

 

 

Ce composant est présent naturellement en grande quantité dans le citron. De plus, il n'est pas toxique pour l'environnement puisque sa biodégradation, c'est à dire sa décomposition par des matières organiques  telles que les bactéries, les champignons ou encore les algues, est effectuée. Il ne l'est pas pour l'homme car il en produit environ 2 kg par jour qui sont alors immédiatement décomposés. Malgré cela, il peut tout de même provoquer des allergies cutanées, être irritant mais également être la cause de brûlures s'il reste trop longtemps en contact avec une muqueuse.

Le cycle de l'acide citrique (ou cycle de krebs) est un enchaînement de réactions biochimiques qui produisent des intermédiaires énergétiques qui seront utilisés à la production d'ATP dans la chaîne respiratoire. L'ATP est une molécule capable d’emmagasiner l’énergie produite par des réactions de dégradation dîtes éxoénergétiques (qui produisent de l’énergie) et de la libérer lorsque cela est nécessaire pour des réactions dîtes endoénergétique (c’est à dire qui consomment de l’énergie).  Ce cycle peut se résumer à l'oxydation de deux atomes de carbones en molécules de CO2.


 

 

L’acide phosphorique, de formule H3PO4,  est un triacide de masse molaire 98,0 g/mol. La première fonction est celle d’un acide fort, la deuxième celle d’un acide faible et la troisième celle d’un acide très faible. Il présente des pouvoirs tampons et des propriétés communes autant avec les acides minéraux forts qu’avec les acides organiques faibles.

A température ambiante, l’acide phosphorique pur anhydre est un produit cristallisé incolore, très déliquescent. Mais cet acide est difficile à manipuler, alors on le trouve dans le commerce dans des solutions aqueuses, visqueuses et incolores, à diverses concentrations.

Sous l’action de la chaleur, l’acide phosphorique perd de l’eau à partir de 160°C et se transforme en acides pyrophosphorique, métaphosphorique, polyphosphorique.

Ce triacide minéral est capable de céder trois protons en formant successivement trois bases conjuguées qui sont le dihydrogénophosphate H2PO4-, l’ hydrogénophosphate HPO42-, et l’orthophosphate PO43- :

H3PO4 (s) + H2O(l)  →  H2PO4−(aq) + H3O+(aq),

H2PO4−(aq) + H2O(l) →   HPO42−(aq) + H3O+(aq)

HPO42−(aq) + H2O(l) →   PO43−(aq) + H3O+(aq),

Il réagit énergiquement avec les bases mais aussi avec les nitrates, les chlorates, le carbure de calcium, ce qui provoque explosions et incendies. Il attaque la plupart des métaux avec libération d’hydrogène. Les métaux ferreux, le zinc, l’aluminium sont particulièrement vulnérables. Au-dessus de 200°C, les acides polyphosphoriques formés sont très agressifs : tous les matériaux sont rapidement attaqués.

Dans le coca-cola, il sert d’inhibiteur de croissance, empêchant ainsi les bactéries de se former dans la boisson. Afin de déterminer la teneur en acide phosphorique d'un échantillon de Coca-Cola, nous avons réalisé un dosage volumétrique avec une solution d’hydroxyde de sodium (soude) de concentration connue (0,025 mol/L). A l’aide d’une pipette jaugée de 10mL, nous avons prélevé précisément 10mL de Coca-Cola dégazé au préalable dans un bécher de 250 mL.  Ensuite, nous avons ajouté 50mL d'eau distillée et 10 gouttes de phénolphtaléine dans deux  béchers. L'un des deux nous servira de témoin pour comparer le changement de couleur. Nous avons introduit de la soude dans une burette et avons réalisé le dosage de l'acide phosphorique. Pour cela, nous avons laissé s'écouler la soude dans le bécher et attendu qu'un changement de couleur s'opère. A cet instant nous avons regardé quelle quantité de soude a été introduite jusque-là dans le bécher soit 7,4 mL. Grâce au témoin nous avons pu confirmer qu'un changement de couleur a été opéré. Nous appelons cela un premier virage. Nous faisons de même avec l'hélianthine. Avec cet indicateur coloré nous constatons suite à l'introduction de soude un changement de couleur à 3,1 mL. A partir de ces deux virages obtenus, nous allons être en position de trouver la concentration massique de l'acide phosphorique contenu dans le Coca-Cola. Nous comparerons pour finir nos résultats avec les données moyennes indiquées par la fabrique de Coca-Cola.

 

 

Nous procédons aux calculs:

Nous partons de la base que le nombre de mole de soude est égal au nombre de mole d'acide phosphorique. Ainsi nous avons:

n soude = C soude * V soude

n soude = 0,025 * 0,0031

n soude = 7,8 * 10 ^ -5 mol

Dons d'après ce que nous avons définie précédemment nous avons n acide phosphorique qui est égal à  7,8 * 10 ^-5 mol. Nous calculons alors la concentration molaire de l'acide:

C acide = ( n acide) / (V coca)

C acide = (7,8 * 10 ^-5 )/ 0,010

C acide = 7,8 *10 ^ -3 mol/L

Or nous voulons avoir des g/L  donc nous calculons  la masse molaire de l'acide phosphorique, soit :

M H3PO4 = 3MH + MP + 4MO

M H3PO4 = 3,0 + 31,0 + 64,0

M H3PO4 = 98,0 g/mol

Nous pouvons alors terminer en cherchant la concentration massique :

Cm H3PO4 = C acide * M H3PO4

Cm H3PO4 = (7,8 * 10 ^-3 )*( 98,0 )

Cm H3PO4 = 0,76 g/L

Coca-Cola Compagnie nous indique que sa concentration massique en acide phosphorique est de 0,52 g/L. Or notre résultat est légèrement supérieur. Donc nous pouvons en déduire que si nous trouvons une valeur supérieure à la valeur indiqué par Coca-Cola, cela est dû au fait qu'il y a  d'autres acides présents tels que le dioxyde de carbone (CO2) dissout  qui est un acide  encore plus ou moins présent dans la solution de l'expérience, ou encore l'acide citrique (C6H8O7). Nous pouvons noter que  le Coca-Cola respecte la législation qui limite la teneur en acide phosphorique dans une boisson à 0,6 g/L.

 

Après avoir étudié les composants en eux-mêmes, nous allons nous intéresser aux effets que chacun d’eux peut avoir sur notre corps. =>

 

 

 

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