Date : 17 février 2011
Partie I : Séparation des éléments du lait écrémé
Objectif : Le lait est constitué de trois principaux éléments soient les lipides, les glucides et les protéines. Puisque nous sommes rendues aux expériences sur le lait écrémé nous aurons qu'à extraire le lactose (glucide) et la caséine (protéine).
Séparer le caillé (caséine) du petit lait (solution de lactose)
Manipulations :
Mesurer 200 ml de lait écrémé et le placer dans un bécher de 600 ml.
103 ml = 200 ml X= 194 g de lait écrémé
X g 100 g
Placer le bécher contenant le lait dans un bain-marie et chauffer jusqu'à environ 40°C (vérifier la température avec un thermomètre dans le bécher)
Lorsque le lait a atteint les 40°C, retirez-le du bain-marie et ajouter lentement avec un compte-gouttes de l'acide acétique (1 volume d'acide acétique pur avec 10 volumes d'eau) en agitant continuellement.
1 volume = 5 ml CH3COOH
10 volumes 50 ml H2O
Ajouter de l'acide acétique dilué jusqu'à ce que la caséine ne précipite plus.
Pour assurer une bonne coagulation, continuer à agiter le mélange en le refroidissant dans un bain d'eau froide.
Filtrer sous vide le caillé avec un filtre Büchner de 7 cm de diamètre muni d'un papier-filtre à filtration rapides (Whatman #4) monté d'une fiole conique à vide de 500 ml. (Ne pas utiliser une fiole plus petite, car le filtrat a tendance à mousser)
Le caillé colle aux parois du bécher, donc il faut le rincer avec de l'eau distillée.
Placer la caséine et le papier-filtre (préalablement pesé) dans un verre de montre étiqueté et préalablement pesé.
Laisser sécher à l'air libre durant une semaine, jusqu'au prochain laboratoire.
Transférer le filtrat dans un erlenmeyer de 500 ml et y ajouter du carbonate de calcium (CaCO3) en poudre pour neutraliser l'acide acétique qui pourrait rester puisque celui-ci pourrait hydrolyser le lactose en galactose et glucose.
Masquer l'ouverture de l'erlenmeyer avec de la paraffine et mettre de côté pour le prochain laboratoire (cristallisation du lactose)
Données :
Volume de lait écrémé utilisé : 200 ml
Masse de lait écrémé utilisé : 194 g
Masse verre de montre étiqueté + papier-filtre : 52,97 g
Masse papier-filtre (deuxième montage) : 0,35 g
Observations :
Durant l'addition d'acide acétique au lait, il y avait formation quasi instantanée de cristaux blancs ayant l'apparence de flocons de neige. En arrêtant le brassage, les «flocons» de caséine tombaient au fond et on pouvait distinguer le petit-lait qui est jaunâtre.
Au début, la filtration sous vide du caillé était très rapide et très efficace, beaucoup plus que la filtration du caillé provenant du lait homogénéisé (3,25 %) à cause de l'absence de matière grasse. Après une quinzaine de minutes, la filtration était plus lente, mais elle était encore efficace. Il y avait beaucoup de mousse qui se formait à la base de la tige de l'entonnoir, qui finissait par disparaître une fois dans le filtrat jaunâtre (solution de lactose). Après 1h, le papier-filtre ne filtrait plus qu'à un rythme de 1 goutte toutes les 15-20 secondes, ce qui est beaucoup trop long puisqu'il nous restait encore 50 ml de mélange à filtrer. Nous avons donc décidé de commencer un deuxième montage de filtration sous vide sous une autre hotte. Pour transférer ce qui restait à filtrer dans le premier montage jusque dans le deuxième montage, nous avons utilisé une pipette et une spatule en métal.
Une fois la filtration terminée, nous avons transvidé le contenu des deux fioles conique dans un erlenmeyer de 500 ml et nous avons ajouté environ 5-6 g de poudre de carbonate de calcium. Nous croyons que le carbonate de calcium est ajouté pour neutraliser l'excès d'acide acétique qui pourrait y avoir dans la solution de lactose, ce qui empêcherait celui-ci d'être hydrolysé en galactose et en glucose. Nous avons donc utilisé du papier pH pour vérifier que le pH est neutre ou légèrement basique, ce qui indiquerait que tout l'acide aurait été neutralisé. Le papier pH indiquait que la solution était légèrement acide. Nous avons donc décidé d'ajouter encore 4-5 g de carbonate de calcium, mais le papier pH indiquait toujours légèrement acide. Nous avons donc décidé d'ajouter encore 2-3 g de carbonate de calcium, mais le ph indiquait toujours légèrement acide.
Après plusieurs recherches, nous avons confirmé notre hypothèse que le carbonate de calcium réagit avec l'acide acétique pour former un sel, du dioxyde de carbone et de l'eau en suivant la formule suivante:
2 CH3COOH + CaCO3 → C4H6CaO4 + CO2↑ + H2O
Acide Carbonate Acétate
Acétique de calcium de calcium
Nous avons mis dans le lait écrémé moins de 50 ml d'acide acétique dilué (1 volume d'acide acétique pur avec 10 volumes d'eau), ce qui équivaut à 5 ml d'acide acétique pur.
Volume d'acide acétique pur : 5,0 ml
Masse volumique de l'acide acétique : 1,0495 g/ml
Masse molaire de l'acide acétique : 60,052 g/mol
Quantité maximale d'acide acétique : 0,08738 mol
Nous avons ajouté entre 11 et 14 g de carbonate de calcium dans la solution de lactose après la première filtration.
Masse molaire du carbonate de calcium: 100,086 g/mol
Quantité minimale de carbonate de calcium: 0,1099 mol
Quantité maximale de carbonate de calcium: 0,1399 mol
La quantité de carbonate de calcium que nous aurions eu besoin pour neutraliser tout l'acide acétique de notre solution est de 0,4369 mol, soit presque quatre fois moins que ce que nous avons ajouté à notre solution. Après avoir ajouté le carbonate de calcium, le papier pH indiquait que notre solution était légèrement acide, ce qui est clairement impossible. Nous avons donc utilisé quatre autres papiers pH provenant de quatre rouleaux de papier pH différents et ils indiquaient tous légèrement acide. La seule hypothèse qui nous reste et qui est la plus probable est que nous n'avons pas utilisé le bon produit. La bouteille étiquetée CaCO3 contenant de la poudre blanche ne contenait peut-être pas réellement du carbonate de calcium.
Sources d'erreur possibles
Durant l'ajout d'acide acétique dilué, c'est difficile de savoir exactement quand la caséine ne précipite plus. Nous avons arrêté d'ajouter de l'acide acétique lorsque le petit-lait nous semblait le plus limpide possible lorsque le caillé précipitait dans le fond du bécher. Nous aurions pu mettre trop d'acide acétique, ce qui aurait pu hydrolyser le lactose en galactose et en glucose. Nous aurions pu aussi ne pas mettre assez d'acide acétique, ce qui aurait pu laisser de la caséine en solution dans le petit-lait.
En versant le mélange du caillé et du petit-lait dans le filtre Büchner, il restait beaucoup de caséine collée aux parois du bécher de 600 ml et à la tige de verre. Nous avons utilisé de l'eau distillée pour les rincer, mais il en restait quand même un peu.
Pour transférer ce qui restait à filtrer dans le premier montage de filtration jusque dans le deuxième montage, nous avons utilisé une pipette en plastique et une spatule en métal. Il restait un peu de caséine collée sur la paroi interne de la pipette et collée sur la spatule en métal. Nous avons aussi laissé tombé par mégarde quelques gouttes sur le comptoir.
Une fois la filtration terminée, nous avons transvidé la caséine et le papier filtre dans le verre de montre prévu à cet effet, il restait beaucoup de caséine collée sur les parois du filtre Büchner. Nous en avons enlevé la grande majorité, mais il restait quand même un peu.
Partie II : Avec le lait 3,25%
Récupération des cristaux de lactose du lait 3,25% :
1- Récupérer la fiole conique de 500 ml contenant les cristaux de lactose.
2- Grattez les parois de la fiole conique avec une spatule pour déloger les cristaux. Filtrez les cristaux de lactose sur un filtre Büchner 7 cm de diamètre muni d’un papier filtre Whatman #1.
3- Transférer le solide et le filtre sur un verre de montre prépesé et laissez sécher à l’air libre durant 7 jours.
Filtration de la solution caséines et graisses :
4- Récupérer la solution de caséines et de graisses entreposer dans le bécher de 400 ml.
5- Faire le montage de filtration sous vide avec un entonnoir Büchner muni d’un papier filtre Whatman #1.
6- Agiter vigoureusement la solution de graisses et de caséines à l’aide d’une tige de verre durant quelques minutes et ensuite, filtrez. Nettoyez le bécher avec environ 20 ml de diéthyléther .
7- Transférez les caséines du filtre sur un verre de montre prépesé et laissez sécher à l’air libre.
8- Transférez le filtrat, soit les graisses, dans un ballon conique de 250 ml.
Isoler les graisses :
9- Récupérer le ballon contenant les graisses;
10- Évaporez complètement le solvant en vous servant d’un évaporateur rotatif.
11- L’évaporation terminée, ajoutez 40 ml de diéthyléther au résidu du ballon.
12- Ajouter 2,5 g de sodium anhydride. Boucher la fiole et attendre quelques minutes en agitant occasionnellement.
13- Utiliser un entonnoir conique muni d’un papier filtre #1 plié en quatre, filtrez la solution éthérée directement dans un ballon de 250 ml.
14- Évaporez le solvant à nouveau en utilisant l’évaporateur rotatif.
15- Mettre un bouchon au ballon conique et entreposer sur un support à ballon afin de peser la masse de graisse.
Résultats :
Tableau des masses :
Étape/substance | Masse (g) |
3-Papier filtre et verre de montre | 57,49 |
7-Papier filtre et verre de montre | 53,02 |
12-sodium anhydride | 2,51 |
Tableau des volumes :
Étape/substance | Volume (ml) |
11-Diéthyléther | 42 |
Observations :
Lors de la filtration des cristaux de lactose, il est important de bien gratter les parois de la fiole afin de minimiser les pertes. De plus, il faut bien rincer avec de l’éthanol, toutefois, il est certain qu’il y aura des pertes, car le lactose se cristallise en de très fins cristaux. La filtration se fait très rapidement. La solution de caséine et de graisses s’est séparée en deux phases : la phase supérieure est translucide jaunâtre tandis que la phase inférieure est opaques blanche/jaune. L’agitation de la solution de caséine et des graisses est importante, car elle permet à la solution de s’homogénéiser afin de procéder à une meilleure filtration (éviter que la phase solide demeure au fond engendrant ainsi des pertes de graisses). Il y a des pertes à considérer, car malgré le nettoyage du bécher à l’aide de diéthyléther, il est demeuré des résidus graisseux dans le fond du bécher. Les caséines, après la filtration, étaient blanches/jaunes et avaient l’apparence d’une pâte granuleuse.
Après la filtration, le filtrat, soit la solution contenant les graisses et des impuretés, étaient translucides d’une couleur jaunâtre. De plus, il était possible d’observer des petites bulles de graisses dans la solution de diéthyléther et d’acétone. La première évaporation du filtrat a permis d’évaporer les impuretés volatiles ainsi que les solvants. L’ajout de sodium anhydride permet de sécher la solution. La filtration permet d’éliminer les grosses impuretés dans les graisses/propriétés agglomérantes. Finalement, la dernière évaporation a permis d’éliminer les solvants afin d’y recueillir les graisses. Cependant, l’entreposage permettra une évaporation complète des solvants afin de récupérer seulement les graisses.
