To bee or not to bee: La chimie du miel Teach article

This activity was presented at the Science on Stage Festival 2022 

Découvrez divers aspects biochimiques du miel grâce à une série d'expériences simples utilisant le produit sucré des abeilles.

Image: Nicola Giordano/Pixabay

Les dernières années, les abeilles ont attiré l’attention des médias à plusieurs reprises. Des documentaires comme More than Honey[1] et des chiffres alarmants  sur la mortalité des abeilles ont contribué à faire de l’abeille mellifère une nouvelle espèce phare de la biodiversité.

Dans la liste des aliments les plus fréquemment frelatés au monde, le miel occupe la troisième place (après l’huile d’olive et le lait). Sa définition est simple et belle : le miel est la substance sucrée que les abeilles produisent en ingérant du nectar ou du miellat, en l’enrichissant de leurs propres substances, en le transformant dans leur corps, en le stockant dans des alvéoles et en le laissant mûrir. Rien ne doit y être ajouté ou enlevé.

En 2021, les États membres de l’UE ont importé 173 400 tonnes de miel naturel en provenance de pays tiers, pour une valeur de 405,9 millions d’euros, tandis que 25 500 tonnes ont été exportées par les États membres de l’UE en dehors de l’UE, pour une valeur de 146,6 millions d’euros.[2] Le miel est la forme de sucre la plus chère, et c’est ce qui rend la fraude sur le miel si lucrative. Le miel faux ou frelaté comprend des déclarations d’origine incorrectes, l’ajout de sirop de sucre provenant du maïs, de la canne à sucre et du riz; ou encore des produits entièrement artificiels.

D’un point de vu chimique, le miel contient différents types de sucres. Ceux-ci peuvent mélangés et produits artificiellement. Sur le plan biologique, des enzymes et nombreuses autres molécules sont ajoutées dans l’estomac de l’abeille. Le miel est donc un excellent point de départ pour l’apprentissage de la biochimie.

Au cours d’une série d’expériences, les élèves apprennent à distinguer le vrai miel du miel artificiel et étudient différents aspects et phénomènes liés au miel et aux abeilles. Les activités sont adaptées aux élèves de l’enseignement secondaire.

Activité no. 1. Production de miel artificiel

Si nous parlons de sucre dans notre vie quotidienne, nous faisons généralement référence au sucrose, mais dans la nature, nous trouvons une grande variété de mono- et de disaccharides. Le sucrose est un disaccharide, dans lequel une molécule de glucose est liée à une molécule de fructose. L’estomac de l’abeille contient une enzyme, (l’invertase) capable de décomposer le sucrose ingéré avec le nectar. C’est ainsi que le miel contient donc de grandes quantités de glucose et de fructose. Cette décomposition catalytique du sucrose peut être facilement réalisée en dehors de l’estomac de l’abeille en utilisant de l’acide au lieu d’une enzyme, et l’on obtient ce que l’on appelle le sucre inverti. Ce sucre peut être utilisé comme miel artificiel ou dans la production ultérieure de confitures ou de sucreries telles que les oursons en gomme.

Cette activité dure environ 20 minutes.

Diagramme à barres montrant le pouvoir sucrant relatif des sucres et des édulcorants. Le lactose est le moins sucré avec 16, tandis que le fructose est le plus sucré avec 173. Le miel se situe à peu près au milieu avec 97.
Le pouvoir sucrant relativ des sucres et des édulcorants (le sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS), est un édulcorant fabriqué à partir d’amidon de maïs; HFCS 42 fait référence à une composition de fructose de 42 % en poids sec , le reste étant du glucose)
Image: Christina Hof, Science in Schools; based on Yang Zhao/Wikimedia, CC BY-SA 3.0

Consignes de sécurité

La solution sucrée chauffé doit être manipulée avec précaution, à cause de possibles retards d’ébullition.

Des lunettes de sécurité doivent être portées pour effectuer le test de Fehling.

Tant que le matériel de laboratoire utilisé est propre et non contaminé, les élèves peuvent goûter le miel artificiel.

Matériaux

  • Bécher résistant à la chaleur  (500 ml)
  • Sucrose
  • Acide lactique (4 gouttes) ou jus de citron frais (10 ml)
  • Bec Bunsen avec trépied ou agitateur magnétique avec plaque chauffante
  • Eau distillée (80 ml)
  • Cuillère de table
  • Baguette de verre

Optionnel

  • Tubes à essais
  • Liqueur de Fehling I (CuSO4·5H2O)
  • Liqueur de Fehling II (KNaC4H4O6·4H2O
  • Pipette (1 ml)
  • Porte-tubes à essais
  • Lunettes de sécurité

Procédure

  1. Mélanger 80 ml d’eau avec 8 cuillères de table de sucrose dans un bécher et y ajouter 4 gouttes d’acide lactique ou 10 ml de jus de citron frais.
  2. Prélever 1 ml de ce mélange pour le test avec  la liqueur de Fehling (voir  7ème étape)
  3. Faire chauffer le mélange en remuant régulièrement (attention à ne pas brûler le sucre).
Cuisson de la solution de sucrose avec du jus de citron
Image fournie par l’auteur
  1. Réduire le chauffage avant le point d’ébullition et continuer à chauffer sans agitation jusqu’à ce que la solution entre en ébullition.
  2. Laisser la baguette de verre dans le bécher. Elle servira d’amorce d’ébullition.
  3. Maintenir l’ébullition jusqu’à ce que environ 1/3 de l’eau se soit évaporé. Refroidir ensuite lentement la solution.
Optionnel : Faire un test à la liqueur de Fehling avant et après l’expérience
  1. Mélanger 2 ml de liqueur de Fehling I et 2 ml liqueur de Fehling II dans deux tubes à essais. Répéter le tout dans un autre tube.
  2. Ajouter 1 ml de mélange de miel artificiel dans le tube provenant du début de l’expérience (étape 1) et 1 ml de miel artificiel dans le tube à essais de la fin de l’expérience (étape 6)
  3. Essayer aussi le test de Fehling avec du miel véritable: ajouter une goutte dans un 3ème tube à essai contenant 2 ml de chaque des deux liqueur de Fehling.
  4. Maintenant chauffer brièvement le tube dans la flamme Bunsen ( ou attendez quelques minutes).
Optionnel : Ajouter un colorant et un arôme pour faire du miel artificiel plus crédible
  1. Ajouter un colorant alimentaire de couleur jaune (ou approprié) pour donner auch miel artificial une coleur le miel.
  2. Le pissenlit ou le thé de tilleul peuvent donner une saveur plus complexe. Les arômes de miel vendus dans le commerce conviennent également.
  3. Faire quelques essais de mélanges variés pour obtenir un miel crédible.

Résultats

Le résultat est une masse visqueuse et transparente au goût très sucré. Des colorants alimentaires jaunes et des composés aromatiques peuvent ensuite être ajoutés pour faire du miel artificiel. L’arôme de miel utilisé du commerce est une poudre crystalline blanche, qui donne le même goût et la même arôme que le miel lorsqu’elle est diluée avec d’autres ingrédients. Il s’agit essentiellement de miel séché produit à partir de miel naturel.

Le test de Fehling forme un dépôt orange en présence de mono- et de disaccharides. Si le test de Fehling reste bleu, aucun de ces sucres n’est présent. Le sucrose constitue une exception: bien que le sucrose soit un disaccharide, le groupe aldéhyde potentiellement réactif de la molécule est « caché » dans la liaison entre le glucose et le fructose.

Le test de Fehling est négatif au début de l’expérience si sucrose est le seul sucre présent. Les protons catalytique de l’acide lactique provoquent l’hydrolyse du sucrose en glucose et fructose. Le sucre inverti à la fin de l’expérience réagit positivement au test de Fehling, et indique que le sucrose a été décomposé en deux monosaccharides.

Test de Fehling avant (à gauche, bleu) et après (à droite, orange) la production de sucre inverti
Image fournie par l’auteur

Les questions suivantes peuvent être discutées avec les étudiants:

  • Comment expliquer la différence de résultat du test de Fehling avant et après l’ébullition?
  • Pourriez-vous faire la différence entre un vrai et un faux miel lors d’un test de dégustation à l’aveugle?
  • Est-ce que le miel artificiel est plus sucré que le veritable miel?
  • Les apiculteurs nourrissent leurs abeilles après la récolte du miel avec du sucre inverti. Pourquoi pas avec du sucrose? Réponse: l’hydrolyse du sucrose en glucose et fructose demande beaucoup d’énergie de la part des abeilles. Si le sucre est déjà inverti, les abeilles peuvent stocker la nourriture plus facilement.

Activité no. 2 : Analyse biochimique du miel véritable et du miel artificiel

Le miel contient environ 80% de sucre. L’eau, autre ingredient principal, en représente environ 17%. En outre, il contient plus de 100 autres composants, tels que des acides amines, des minéraux, des vitamines, de petites quantités d’acides gras, des arômes et des enzymes. Ces derniers permettent de distinguer le miel véritable du miel artificiel. L’étude révèle l’activité enzymatique de l’amylase dans le vrai miel.

L’activité dure 45 minutes, y compris le temps d’attente de 30 minutes.

Matériaux

  • Du miel vrai
  • Du miel artificiel de l’activité 1
  • Une solution de dextrine 1%
  • Une solution de lugol (Solution de I2 dans KI) Un bain d’eau ou un incubateur
  • De l’eau distillée
  • 4 tubes à essais
  • Porte-tubes à essais
  • Pipettes
  • Baguette de verre
  • De l’amylase (ou votre propre salive) Bécher

Procédure

  1. Etiqueter quatre tubes à essai (par exemple de 1 à 4).
  2. Ajouter 1 ml de solution de dextrine et 5ml eau dans chaque tube à essai.
  3. Ajouter une pointe de spatule d’amylase au tube à essai 1 (ou cracher dans un petit bécher et en ajouter 1 ml au tube à essai 1).
  4. Ajouter du vrai miel au tube à essai 2: plonger une baguette de verre d’environ 1 cm de profondeur dans le miel et le transférer dans le tube à essai 2. Bien mélanger.
  5. Ajouter du miel artificiel au tube à essai 3: plonger une baguette de verre dans le miel artificiel et le transférer dans le tube à essai 3. Bien mélanger.
  6.  Le tube à essai 4 sert de contrôle. Rien d’autre n’y ajouté.
  7. Bien agiter le contenu des tubes à essai et les placer dans un bain‑marie (ou, si disponible, dans un incubateur) à 37°C.
  8. Après 30 minutes, ajouter une goutte de Lugol à chaque tube à essai.
Début de l’expérience sur l’analyse biochimique du miel véritable et du miel artificiel
Image fournie par l’auteur

Résultats

La dextrine (dite aussi maltodextrine) est un produit de dégradation de l’amidon dont la taille moléculaire est comprise entre les oligosccharides et l’amidon. L’amidon et la dextrine se décolorent avec la solution de lugol (solution d’iode). L’iode se dépose dans les molécules d’amidon, qui forment des tunnels, et provoque un changement de couleur de l’orange au violet foncé ou au noir en modifiant le spectre d’absorption de la lumière. Dans l’éprouvette 1, l’amylase a digéré la dextrine et le test de Lugol est donc négatif. Le test de Lugol est donc négatif. Dans le vrai miel, plusieurs enzymes sont présentes, dont l’amylase. C’est pourquoi le test de Lugol dans l’éprouvette 2 sera également négatif. Dans les éprouvettes 3 et 4, l’iode interagira avec la dextrine, qui est toujours présente en raison de l’absence d’amylase.

Résultat des expériences d’analyse biochimique sur le vrai miel et sur le miel artificiel
Image fournie par l’auteur

Certaines des questions suivantes peuvent être discutées avec les étudiants:

  • La plupart des miels finissent par cristalliser avec le temps. Pour le liquéfier, le miel est chauffé au bain-marie. Pourquoi la température ne doit-elle pas dépasser 40°C?
  • A part les enzymes, quels composés ne se trouvent pas dans le miel artificiel?
  • Le sucre inverti produit chimiquement n’est pas le seul à être considéré comme du faux miel. Quels sont les autres moyens de falsifier le vrai miel? Réponse: Le miel provenant de différentes régions est souvent mélangé. Il existe des miels coûteux, comme le miel de montagne ou le miel de lavande. Ils peuvent être mélangés à des miels bon marché provenant d’autres régions ou pays, et donc falsifiés. En outre, le miel peut également être dilué dans de l’eau ou du sirop.

Activité 3. Mesurer la teneur en eau et en sucre du miel

Le miel ne doit pas dépasser une certaine teneur en eau. Si vous mesurez une teneur en eau supérieure à 20 %, il se peut qu’il ait été dilué avec de l’eau ou du sirop et qu’il fermente avec le temps.

Un réfractomètre détermine l’indice de réfraction, en fonction de la force avec laquelle le miel dévie un faisceau lumineux. En d’autres termes, il indique la teneur en sucre ou, indirectement, la teneur en eau du miel. Étant donné que le miel contient différents sucres (principalement des mono- et disaccharides), qui ont des effets différents sur l’indice de réfraction, cela ne permet pas de déterminer la véritable teneur en eau. Cependant, il s’agit d’une procédure standardisée dans les directives de qualité des apiculteurs, et l’erreur résultante est acceptée.

Dans cette activité, un réfractomètre est utilize pour determiner la teneur en eau et en sucre d’un vrai miel et d’un miel artificiel. L’activité dure environ 15 minutes.

Matériaux

  • Différents types de miel: miel de lavande, d’acacia (doit être liquide)
  • Miel artificiel, produit dans l’activité 1
  • Réfractomètre
  • Pipette ou cuillère

Procédure

  1. Si le miel est cristallisé, il faut le chauffer au bain-marie à environ 40°C.  
  2. Les instruments de mesure étant normalement calibrés à 20°C, le miel doit également être amené à cette température ambiante approximative.
  3. À l’aide d’une pipette ou d’une cuillère, déposer quelques gouttes de miel sur la fenêtre de mesure du réfractomètre. Fermer le couvercle et s’assurer que le liquide est uniformément réparti (pas de bulles d’air ni de points secs).
Préparation du réfractomètre
Image fournie par l’auteur
  1. Tenir le réfractomètre en direction de la source de lumière et regarder à travers l’oculaire (l’échelle doit être focalisée).
  2. Lire la valeur sur l’échelle (= limite entre les zones bleues et blanches).
Lecture de l’échelle du réfractomètre
Image fournie par l’auteur
  1. Nettoyer le réfractomètre avec un chiffon doux et humide.

Résultats

L’unité de mesure est le degré Brix (symbole °Bx) et il correspond à la densité relative du liquide. Un degré Brix correspond à 1 g de sucrose dans 100 g de solution. Cette unité est surtout utilisée pour les jus de fruits, de raisin ou le traitement du miel. Étant donné que ces liquides contiennent divers sucres (principalement du glucose, du fructose et du saccharose) en plus de l’eau, la densité est également utilisée pour indiquer la teneur approximative en sucre ou en eau. La teneur en eau du miel ne devrait pas dépasser 18 à 20 %. Si le miel a une teneur en eau supérieure à 20 %, il est possible qu’il ait été dilué avec de l’eau ou du sirop et qu’il fermente avec le temps.

Certaines des questions suivantes peuvent être discutées avec les étudiants:

  • Le nectar et le miel fraîchement stocké dans la ruche peuvent présenter des teneurs en eau supérieurs à 20%. Comment les abeilles pourraient-elles réduire ce pourcentage ? Réponse: Elles ventilent les alvéoles avec leurs ailes pour faire évaporer l’eau.
  • Pourquoi la teneur en eau de l’activité 1 diffère-t-elle d’une fois à l’autre ? Réponse.: La teneur en eau dépend du temps de cuisson. Plus le miel artificiel est cuit longtemps, moins il contient d’eau.

Activités supplémentaires sur le miel et les abeilles

Un certain nombre d’expériences supplémentaires peuvent être réalisées pour en savoir plus sur la biologie et la chimie du miel, ainsi que pour établir un lien avec d’autres sujets interdiscplinaires. Par exemple:

  • Demander aux étudiants s’ils pensent à d’autres moyens de distinguer le vrai miel du faux.Suggestion: D’où provient le nectar que les abeilles récoltent pour faire du miel? Quelle autre substance voyez-vous sur cette image que l’abeille ramène-t-elle à la ruche? La réponse est bien sûr le pollen, qui devrait se trouver dans la plupart les vrais miels (à l’exception peut-être du miel de miellat)!  Une étude en classe sur le pollen dans le miel est décrite dans un article précédent sur la biologie des abeilles et la biochimie du miel.
Image: coniferconifer/Wikimedia, CC BY 2.0
  • Rendez visite à un apiculteur et découvrez les différents rayons de miel et  le comportement des abeilles. L’apiculteur peut aussi fournir du pollen que les abeilles ont perdu ou qui est piégé  à l’entrée de la ruche.
  • Découvrez les projets de science citoyenne qui étudient la diversité de pollen ou des pollinisateurs.[3,4]
  • Activité d’extension sur la polarimétrie: Mesurez l’angle de rotation du sucrose et du sucre inverti avec un polarimètre et découvrez la chiralité des molécules (Les details expérimentaux et la fiche d’information à ce sujet figure dans le matériel d’appuil).
  • Mesurez l’activité de la glucose oxydase dans le miel à l’aide de bâtonnets de test pour determiner la concentration en peroxyde d’hydrogène. Voir l’article consacré à la biochimie du miel.
  • Étudiez les aspects chimiques de la cire d’abeille (par exemple, son point de fusion) et de la propolis, ainsi que la forme hexagonale des alvéoles du nid d’abeilles.
  • Etudiez la (bio)chimie des piqûres d’abeilles.

References

[1] More than Honey movie (German language): http://www.morethanhoney.ch

[2] Données sur le commerce international du miel en 2021 sur le site **Eurostat**: https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-eurostat-news/-/edn-20220819-2

[3] Voir **The Citizen Scientist Investigation** sur la diversité des pollen en Europe: https://coloss.org/c-s-i-pollen/

[4] Voir **Great Sunflower** project, qui est un projet d’étude des pollenisateurs: https://www.greatsunflower.org

Resources

Author(s)

Thomas Scheuber est un maître de biologie au Gymnase Kirschgarten de Bâle, Suisse. Il a représenté la Suisse en 2022 au Festival de Science on Stage à Prague, République tchèque, en présentant ses expériences sur le miel, et il a récemment accompli une formation d’apiculteur.

Review

Cet article fournit un certain nombre d’amorces de discussion et propose également des liens vers des nombreuses informations qui permettent de faciliter les discussions au cours des différents années scolaires. L’article fait principalement reference à la biologie et la chimie, mais il aborde également des sujets liés à la science et la société, tells que l’industrie des aliments falsifiés et la science citoyenne.

Mots-clés du curriculum: biodiversité, enzymes, chimie du sucre, tests alimentaires, analyse chimique, densité, chiralité, fonctionnement de la science.

 

Caryn Harward, responsable des sciences, The Oratory School, Royaume-Uni

License

CC-BY

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