Un arôme naturel pour notre chewing-gum

 

I. L'huile essentielle d'orange
II. Extraction du limonène
1) Mixage et macération
2) Hydrodistillation
3) Décantation
III. Mise en évidence du limonène extrait
1) Chromatographie sur couche mince (CCM)
2) Révélation

Pour que notre production s'apparente le plus possible aux chewing-gums industriels, nous ne devons pas négliger ses propriétés gustatives et odorantes. L'arôme de menthe demeure le plus utilisé dans le domaine mais pour des raisons techniques, ce chewing-gum sera aromatisé à l'orange ! En effet, les sommités fleuries de menthe dont nous aurions besoin (cf photo) ne sont pas encore apparues sur les plantes: ce ne sont, à l'heure où nous réalisons ce TPE, que les prémices du printemps...

Menthe fleurie

I. L'huile essentielle d'orange

 

Le limonène est constitué de deux énantiomères :
- le (R)-limonène (ou (+)-limonène) possède une odeur d'orange,
- le (S)-limonène (ou (-)-limonène) a une odeur de citron.
C'est à cause de leurs structures spatiales différentes que ces deux molécules de limonène voient leurs propriétés changées. En effet, le limonène possède un caractère asymétrique qui, expérimentalement, expliquerait ces dissemblances d'odeurs:

 

 

II. Extraction du limonène

1) Mixage et macération

Principe:
- Faire éclater les cellules végétales pour libérer les composés organiques.

Protocole expérimental:
- Laver rigoureusement 3 grosses oranges douces, ce qui évite toute trace de produits phytosanitaires.
- Peler les fruits le plus finement possible à l'aide d'un épluche-légume afin d'éviter de prendre la partie blanche de la peau qui ne contient pas - ou très peu – de limonène.
- Faire macérer les écorces d'orange dans 150 mL d'eau tiède distillée pendant 5 minutes et les mixer.
- Introduire cette purée d'agrume dans un ballon de 500 mL et y ajouter l'eau de rinçage du mixer - environ 50 mL.

 

 

2) Hydrodistillation

Principe:

- Cette technique se base sur la distillation d'une solution aqueuse complexe contenant un composé organique non miscible à l'eau, ici le limonène. Grâce à un chauffage à ébullition, la vapeur qui se dégage vient se condenser dans le réfrigérant. Le distillat ainsi obtenu se compose de deux phases liquides : une phase aqueuse inférieure - appelée "eau aromatique" - et une phase organique supérieure - appelée "huile essentielle". C'est cette dernière phase qui contient le limonène recherché.

- L'avantage principal de cette méthode tient aux températures utilisées : le mélange est distillé à des températures qui restent toujours inférieures à 100 °C, alors que les températures d'ébullition de nombreux composés organiques sont nettement supérieures à cette valeur. Ceci explique que cette technique est très largement utilisée en parfumerie, où les molécules odorantes sont souvent fragiles et ne peuvent supporter des températures importantes.

 

 

 

Protocole expérimental:
- Introduire quelques morceaux de pierre ponce dans le ballon contenant le broyat d'écorces d'orange afin de régulariser l'ébullition ultérieure.
- Graisser tous les rodages mâles et réaliser le montage avec cette décoction.
- Faire circuler l'eau froide dans le réfrigérant et allumer le chauffe ballon sur le thermostat maximum.
- On recueille le distillat dans un erlenmeyer.

Observations:
- Au bout de 7 minutes, on constate que le mélange entre en ébullition et que des gouttes se forment sur les parois du ballon. La température relevée au niveau de la tête de distillation est alors de 58°C.
- A la 12ème minute, la première goutte s'écoule dans l'erlenmeyer. Cette fois-ci, la température s'élève à 94°C.
- On remarque que la phase gazeuse se stabilise à 97°C pour ne jamais dépasser cette valeur.
- Le distillat obtenu à la fin de l'expérience présente deux phases dont la moins dense semble huileuse. En effet, en agitant le distillat, ce dernier se trouble: il correspond alors à une émulsion de gouttelettes d'huile dans l'eau.

Interprétations:
- Sous l'effet du chauffage, l'eau entre en ébullition et entraîne dans ses vapeurs les particules odorantes les plus volatiles - ici, le limonène.
- La baisse de température dans le réfrigérant provoque la condensation des vapeurs d'eau et de limonène, qui sont alors réduites à l'état de gouttes pour enfin être dirigées dans la fiole réceptrice.
- Dès lors, on peut distinguer l'huile essentielle d'orange surnageant dans le distillat.

3) Décantation

Principe:
- La décantation permet de séparer deux phases non-miscibles entre elles puisque de densités différentes.
- Pour diminuer davantage la densité de l'huile essentielle dans l'eau, il est recommandé de procédé par relargage c'est-à-dire que l'on ajoute environ 5g de chlorure de sodium dans le liquide biphasé. Mais étant donné que nous souhaitons utiliser le limonène pour aromatiser notre chewing-gum, cette opération ne sera pas réalisée afin de ne pas en altérer le goût. De plus nous n'avons besoin que d'une petite quantité de cet arôme; il n'est donc pas indispensable de recueillir l'intégralité de la phase organique.
- Il est ici également inutile de procéder au séchage de l'extrait organique par sulfate de magnésium.

 

Interprétation:
- La phase aqueuse plus dense d=1, se situe en dessous d'une fine couche huileuse de limonène de densité d=0,84 : c'est la phase organique.

III. Mise en évidence du limonène extrait

Il ne nous reste plus qu'à comparer l'extrait obtenu avec du limonène commercial – pur à 98%. Pour cela on procède par chromatographie.

1) Chromatographie sur couche mince (CCM)

Principe:
- C'est une technique permettant de séparer et d'identifier les différents composants d'un mélange grâce à une solution de référence.

 

Protocole expérimental:

Observations:
- L'éluant s'élève sur la plaque par capillarité et les taches déposées sont toutes deux entraînées.

Interprétations:
- La phase fixe - l'adsorbant SiO2 - et la phase mobile - l'éluant C6H12 - présentent des polarités différentes. En fonction de ces polarités, les matières organiques déposées ont tendance à migrer avec l'éluant ou à se fixer sur la plaque. Les solutions déposées progressent donc à la surface de la plaque à des vitesses différentes de l'éluant.

 

2) Révélation

Principe:
- Permet d'observer la migration des tâches après élution.

Protocole expérimental:
- Mouiller rapidement la plaque de silice, préalablement séchée, dans une solution très diluée de permanganate de potassium.
- On fait de nouveau sécher la plaque jusqu'à l'apparition de tâches. Afin d'accélérer la révélation, on peut faire chauffer le chromatogramme sous étuve.
- Entourer sans plus attendre les tâches révélées au crayon.

Observation:
- On constate que l'huile essentielle extraite par hydrodistillation donne une tâche au même niveau que le limonène "pur":

Résultat de la chromatographie

Interprétation:
- L'échantillon testé est donc bien du limonène.

La CCM a ainsi permis de vérifier que nous avons bien extrait le limonène – et seulement le limonène - de l'écorce d'orange. La phase organique recueillie après décantation peut donc être utilisée comme subtil agent de saveur dans notre chewing-gum.