Lipides : Acides gras, lipides simples et complexes

Introduction

Les lipides sont un ensemble très hétérogène de composés faisant partie de la constitution des êtres vivants et ayant la propriété commune d'être insolubles dans l’eau (lipos) et solubles dans les solvants organiques apolaires comme l'hexane, le benzène, le chloroforme et l'éther.

Dans l' organisme, les lipides ont 4 fonctions principales :

Réserve d'énergie : stockés sous forme de triglycérides dans les tissus adipeux, les lipides constituent ainsi une réserve énergétique mobilisable (1 g de lipides donne environ 9,3 Kcal).

Un rôle structural : les acides gras servent à la synthèse d'autres lipides, notamment les phospholipides qui forment les membranes autour des cellules et des organelles. La composition en acides gras de ces phospholipides donne aux membranes des propriétés physiques particulières (élasticité, viscosité).

Un rôle de messager : les acides gras sont les précurseurs de plusieurs messagers intra et extra-cellulaires. Par exemple, l'acide arachidonique est le précurseur des eïcosanoïdes, hormones intervenant dans l'inflammation, la coagulation sanguine, etc.

Un rôle de transport de vitamines : les corps gras alimentaires véhiculent quatre vitamines liposolubles : A, D, E et K.

Chez les chameaux et les dromadaires, les lipides constituent une réserve d'eau pour ces animaux : la dégradation des lipides stockés sous forme de triglycérides dans les bosses des ces animaux amène à la formation de l'eau.

Classification des lipides

On classe les lipides en deux grandes catégories : les lipides à base d' acides gras et les lipides à base d' isoprène (lipides polyisopréniques).

Clasification des lipides

Dans la catégorie des lipides à base d’acides gras, on retrouve les acides gras eux-mêmes, ainsi que deux familles nommées lipides simples et lipides complexes. Les lipides simples regroupent les glycérides, les cérides et les stérides. Les lipides complexes désignent les lipides phosphorés, les lipides azotés et les lipides soufrés. Chacune de ces familles lipidiques est elle même divisée en plusieurs catégories de composés lipidiques regroupés par leur homologie de structure.

Les lipides à base d'acides gras sont également appelés « lipides saponifiables » (lipides qui, traités avec NaOH ou KOH, donnent du savon). En revanche, les lipides n’aboutissant pas à la formation du savon par traitement alcalin sont appelés « lipides insaponifiables ». Ce dernier groupe renferme les lipides polyisopréniques qui sont divisés en trois catégories : les terpénoïdes, les caroténoïdes, les quinones à chaîne isoprénique et les stéroïdes.

Acides gras

Les acides gras sont des acides carboxyliques aliphatiques à chaîne carbonée plus ou moins longue dérivant de/ou contenu dans les graisses animales et végétales. Par extension, le terme est parfois utilisé pour désigner tous les acides carboxyliques à chaîne carbonée non cyclique.

Acide gras

Les acides gras ont généralement un goût aigre et une odeur prononcée. Ils sont insolubles dans l’eau, mais solubles entre eux et dans les solvants organiques comme l’éther.

Les acides gras diffèrent entre eux par la longueur de la chaîne carbonée (de 4 à 18 atomes de carbone pour les acides gras les plus connus, généralement un nombre paire) et par le type de liaisons qui réunissent leurs atomes de carbone : on dit qu’ils sont saturés lorsqu’ils ne contiennent que de simples liaisons carbone-carbone, et insaturés lorsqu’ils comptent au moins une double liaison carbone=carbone.

Malgré leur importance quantitative comme constituants des lipides, ils se trouvent en très faible quantité à l’état libre. Dans le corps humain, l'essentiel des acides gras provient de la dégradation enzymatique (moyennant les enzymes lipases) des lipides au niveau du système digestif.

On connaît une quarantaine d’acides gras naturels, dont les plus importants sont l’acide butyrique (ou butanoïque), que l’on trouve dans le beurre, l’acide palmitique (huile de palme), l' acide stéarique (suif), l’acide linoléique (huile d’arachide) duquel est dérivé l’acide arachidonique, et l’acide linolénique (huile de bourrache). Les acides linolénique et linoléique sont des acides gras dits essentiels : les animaux sont incapables de les synthétiser et doivent donc obligatoirement les trouver dans leur alimentation.

Dans l'industrie, les acides gras sont fabriqués par l'hydrolyse des liaisons ester de triglycérides (lipides constitués de glycérol et de trois acides gras).

Acides gras saturés

Un acide gras saturé est un acide gras totalement saturé en hydrogène : toutes les liaisons entre les carbones sont simples (pas de liaisons doubles). Les acides gras saturés sont généralement solides à température ambiante (sous forme de graisse) à l’exception des acides butyrique (C4H8O2) et caproïque (C6H12O2). On les trouve dans les aliments d'origine animale comme le beurre, le lait et le fromage.

Les acides gras saturés ont pour formule chimique générale : H3C — [CH2]n — COOH  où n est un nombre entier égal ou supérieur à 2.

Chaque acide gras saturé possède en général deux noms : un nom commun qui rappelle souvent son origine (par exemple, l'acide caproïque qui se trouve dans le lait de chèvre, son nom est dérivé du mot latin « capra» qui veut dire chèvre) ; et un nom systématique décrivant sa structure (nombre de carbones, nombre d'insaturations, etc.) et issu de la nomenclature chimique (Tableau 1). A cela s'ajoute une nomenclature souvent utilisée en physiologie et en biochimie qui se base sur le nombre d'atomes de carbone et le nombre d'insaturations (par exemple l'acide gras Cx:0 où x indique le nombre d'atomes de carbone et 0 indique qu' il y a zéro double liaison carbone=carbone et par conséquent, l' acide gras est saturé).

Tableau n° 1 : Quelques acides gras saturés linéaires
Nom usuel Nomenclature chimique (IUPAC) Nomenclature physiologiques Formule chimique semi-développée
acide butyrique acide butanoïque C4:0 H3C-(CH2)2-COOH
acide valérique acide pentanoïque C5:0 H3C-(CH2)3-COOH
acide caproïque acide hexanoïque C6:0 H3C-(CH2)4-COOH
acide énanthique acide heptanoïque C7:0 H3C-(CH2)5-COOH
acide caprylique acide octanoïque C8:0 H3C-(CH2)6-COOH
acide pélargonique acide nonanoïque C9:0 H3C-(CH2)7-COOH
acide caprique acide décanoïque C10:0 H3C-(CH2)8-COOH
acide undécyclique acide undécanoïque C11:0 H3C-(CH2)9-COOH
acide laurique acide dodécanoïque C12:0 H3C-(CH2)10-COOH
acide tridécyclique acide tridécanoïque C13:0 H3C-(CH2)11-COOH
acide myristique acide tétradécanoïque C14:0 H3C-(CH2)12-COOH
acide pentadécyclique acide pentadécanoïque C15:0 H3C-(CH2)13-COOH
acide palmitique acide hexadécanoïque C16:0 H3C-(CH2)14-COOH
acide margarique acide heptadécanoïque C17:0 H3C-(CH2)15-COOH
acide stéarique acide octodécanoïque C18:0 H3C-(CH2)16-COOH

Acides gras insaturés

Un acide gras insaturé est un acide gras contenant une ou plusieurs insaturations (présence de doubles liaisons carbone=carbone). Il est monoinsaturé s'il contient une seule double liaison carbone=carbone et polyinsaturé s'il contient deux ou plusieurs doubles liaisons carbone=carbone. La présence d’une double liaison dans un acide gras entraîne une isomérie cis-trans.

Une double liaison cis : Une double liaison trans :
  H       H                  
\ /
C = C
/ \
CH3 COOH

Les 2 hydrogènes sont du même côté
 H         COOH
\ /
C = C
/ \
CH3 H

Les 2 hydrogènes sont opposés

Les acides gras naturels sont généralement de configuration cis. Cependant, on peut trouver des acides gras trans naturels dans certains aliments comme les produits laitiers, les graisses et la viande des ruminants (graisses de boeuf et de mouton : env. 4,5%, les produits laitiers de vache et de chèvre : env. 3,3%, les viandes de boeuf et de mouton : env. 2%). Ces acides gras trans proviennent de la transformation bactérienne des acides gras insaturés dans le rumen. L'autre source d'acide gras trans est l’hydrogénation catalytique partielle d'acides gras polyinsaturés .

A température ordinaire, les acides gras insaturés sont liquides (huiles) qu'on les trouve généralement dans les aliments d'origine végétale. Il est possible de transformer des huiles en graisses par hydrogénation de leurs doubles liaisons (ajout d’atomes d’hydrogène), ce qui correspond à une saturation des doubles liaisons. Cette opération est utilisée par exemple pour obtenir les margarines à partir des huiles végétales.

Tableau n° 2 : Quelques acides gras insaturés linéaires
Nom usuel Abréviation utilisée en biochimie Nomenclature chimique (IUPAC) Nomenclature physiologique
Acide gras mono-insaturés
acide palmitoléique   acide 7Z-hexadécènoïque C16:1 w-7
acide oléique   acide 9Z-octadécènoïque C18:1 w-9
acide érucique   acide 13Z-docosaènoïque C22:1 w-9
acide nervonique   acide 15Z-tétracosaènoïque C24:1 w-9
Acide gras poly-insaturés
acide linoléique AL acide 9Z,12Z-octadécadiènoïque C18:2 w-6
acide alpha-linolénique ALA acide 9Z,12Z,15Z-octadécatriènoïque C18:3 w-3
acide arachidonique   acide 5Z,8Z,11Z,14Z-éicosatétraènoïque C20:4 w-6
acide éicosapentaénoïque EPA acide 5Z,8Z,11Z,14Z,17Z-éicosapentaènoïque C20:5 w-3
acide docosahexanoïque DHA acide 4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z-docosahexaènoïque C22:6 w-3

De la même manière que les acides gras saturés, les acides gras insaturés possèdent également un nom commun lié à leur origine et un nom systématique décrivant leur structure (Tableau 2). A cela s'ajoute une nomenclature souvent utilisée en physiologie et en biochimie qui se base sur le nombre d'atomes de carbone, le nombre d'insaturations et la position de la première double liaison C=C. Par exemple, l'acide gras Cx:y w-z est constitué de x carbones, de y doubles liaisons C=C et dont la première est à la zème position en partant du côté opposé au groupe acide (voir figure ci-dessous).

Acide gras insaturé

Notion d'acides gras oméga (w)

La signification de la lettre oméga (w) provient de la nomenclature physiologique et biochimique des acides gras insaturés. Cette nomenclature, comme nous l'avons indiqué précédemment, indique juste le nombre de carbones, le nombre d'insaturations et la position de la première double liaison (en partant du côté opposé du groupe acide). Cette dernière est exprimée par la lettre oméga (w). Parfois, la lettre oméga est remplacée par la lettre n ou par la lettre d.

Cette nomenclature « w-z » vient de ce qu'en biologie, les insaturations apparaissent tous les 3 carbones dans la majorité des cas. Ceci permet de les classer en familles. Par exemple, l'acide arachidonique est appelé « acide C20:4 w-6 ». La première insaturation se situe sur le carbone C14 (6ème position en partant du côté opposé au groupe acide) et les trois autres sur les carbones C11, C8 et C5 (voir figure ci-dessus). L' acide arachidonique est donc un acide gras de la famille des oméga 6.

Acides gras essentiels et acides gras indispensables

Les nutritionnistes appellent les acides gras indispensables, les acides gras que le corps est incapable de les synthétiser lui-même. Ces acides gras doivent donc être apportés obligatoirement par l’alimentation. A partir d’eux l’organisme est ensuite capable de synthétiser les autres acides gras, dont le corps en a besoin pour fonctionner. Ces derniers acides gras pouvant être synthétisés prennent le nom d’acides gras essentiels.

Pour les chimistes, en revanche, les acides gras sont dits essentiels si l’organisme en a besoin pour vivre et s’il n’est pas capable de les synthétiser lui-même. C’est en fait ceux que les nutritionnistes appellent acides gras indispensables. Les autres acides sont tout simplement appelés acides gras par les chimistes alors que les nutritionnistes les appellent acides gras essentiels. Ainsi, il faudra toujours faire attention dans l’appellation des acides gras c’est à dire si l’on se place d’un point de vue chimiste ou nutritionniste.

La définition la plus courante et la plus utilisée est celle des chimistes et c' est cette définition que nous allons prendre en compte dans notre cas : Un acide gras est qualifié d' "essentiel" lorsque l' organisme ne peut les fabriquer qu'en petite quantité voire pas du tout ; ils doivent, par conséquent, être apportés par la nourriture quotidienne ou par une supplémentation appropriée.

L'existence de ces acides gras dits "essentiels" et leurs fonctions furent découvertes par des scientifiques ayant observé des carences d'acide linolénique chez des patients souffrant d'arrêt de croissance, de dermatoses, de diminution de taux de reproduction, de problèmes cardiaques et rénaux ...

Les acides gras essentiels sont au nombre de deux : l’acide linoléique (C18:2, w-6) et l’acide alpha linolénique (C18:3, w-3). Chacun d’eux appartient à une famille différente ; le premier est de la famille des oméga 6 et le deuxième est de la famille des oméga 3. L’acide linoléique est principalement contenu dans certaines huiles végétales dites vierges et de première pression à froid (huile d’arachide, huiles d'onagre, de tournesol, de carthame, ...), dans les oeufs, les laitages, dans la viande de gibier sauvage (particulièrement dans le foie). L’acide alpha-linolénique provient des végétaux verts, de certains végétaux aquatiques (ex: Spiruline), des produits de la mer (ex: huiles de poissons des mers froides tels le saumon, le flétan, le maquereau, ... ), de certaines huiles végétales (de bourrache, huiles de noix, de soya, de lin, ... ). Les deux acides constituent ensemble ce qu'on appelait autrefois la vitamine F.

Les différentes familles d'acides gras concourent électivement à la constitution de sortes précises de tissus : les cellules nerveuses se nourrissent essentiellement des acides de la famille oméga 3 alors que le développement des muscles fait appel aux acides gras de la famille des oméga 3 et ceux de la famille des oméga 6.

Lipides simples

Les lipides simples ou homolipides sont les lipides qui ne contiennent que le carbone, l'hydrogène et l'oxygène. Ils sont souvent des esters d'un alcool et d'acides gras. Les lipides simples sont classés en trois groupes : les glycérides, les cérides et les stérides.

Glycérides

Les glycérides sont des lipides simples aussi appelés graisses. Ce sont des esters du glycérol et d'acides gras (un, deux ou trois acides gras). Selon le nombre d'acides gras combinés au glycérol, on distingue les monoglycérides, les diglycérides et les triglycérides. Les triglycérides sont les constituants principaux des graisses animales et des huiles végétales (plus de 95%). Les monoglycérides et les diglycérides sont beaucoup moins abondants que les triglycérides.

Glycérides

Dans l'organisme, les lipides sont stockés essentiellement sous forme de triglycérides. Les lipides provenant de l'alimentation sont lipolysés au niveau des intestins en acides gras et en glycérol. Ces derniers sont absorbés et sont de nouveau reconstitués dans l'organisme pour former les triglycérides adipeux.

Cérides

Les cérides sont également appelés cires. Ce sont des esters d'un alcool aliphatique primaire de longue chaîne, appelé alcool gras, et d'acides gras supérieurs à l'acide palmitique (16 atomes de carbones). Ils se trouvent aussi bien chez les végétaux que chez les animaux. Chez les végétaux, ils sont représentés par une cuticule plus au moins imperméable à la surface des feuilles et des fruits et jouent un rôle protecteur.

Stérides

Les stérides sont des esters d'acides gras et de stérols. Les stérols sont des alcools tetracycliques rattachés au groupe des stéroïdes.

Suivant l'origine des stérides, on distingue 3 groupes : les fungistérols (qui sont spécifiques aux champignons), les phytostérols (constituants de la partie insaponifiable des végétaux) et les zoostérols (présents dans les tissus animaux). Le représentant principal des zoostérols est le cholestérol.

Cholestérol

Le cholestérol, malgré sa mauvaise réputation, est essentiel à notre santé : il s'associe aux phospholipides pour former les membranes des cellules animales (il n'y a pas de cholestérol chez les végétaux) et sert aussi à former différentes molécules essentielles comme les hormones stéroïdes, la vitamine D ou les sels biliaires (ces derniers sont contenus dans la bile; ils aident à la digestion des lipides dans l'intestin).

La plupart de nos cellules fabriquent du cholestérol. Près de 80% du cholestérol de l' organisme est ainsi synthétisé. Le reste provient de l'alimentation. La consommation d'aliments riches en cholestérol et en gras saturés tend à faire augmenter le taux de cholestérol sanguin.

Toutes les études démontrent qu'il y a une corrélation élevée entre un taux de cholestérol sanguin élevé et les risques de maladies cardiaques, particulièrement l'athérosclérose.

Le cholestérol est présent sous deux formes dans l'organisme : le bon cholestérol et le mauvais cholestérol. Le bon cholestérol (HDL : High Density Lipoproteins) est celui qui, uni aux acides gras essentiels des huiles vierges, est assimilable par l'organisme. Le mauvais cholestérol (LDL : Low Density Lipoproteins) est celui qui ne faisant qu'accompagner les graisses et se dépose n'importe où.

Lipides complexes

Les lipides complexes sont des lipides qui contiennent en plus du carbone, hydrogène et oxygène un ou plusieurs hétéroatomes (azote, phosphore, soufre). Suivant la nature de l'hétéroatome, on distingue : les lipides phosphorés, les lipides azotés et les lipides soufrés.

Lipides phosphorés

On appelle phospholipides (ou lipides phosphorés) les composés lipidiques contenant du phosphore. Ce sont les constituants principaux des membranes biologiques. On désigne sous le terme "phospholipides" l’ensemble des glycérophospholipides et des sphingophospholipides.

Les glycérophospholipides sont des esters de glycérol, 2 acides gras, un phosphate et un alcool. Selon le type d'alcool, on distingue le phosphatidylcholine (alcool = choline), le phosphatidyléthanolamine (alcool = éthanolamine), le phosphatidylsérine (alcool = sérine) et le phosphatidylinositol (alcool = inositol).

Glycérophospholipides

Les phosphatidylcholine sont connues sous le nom de " lécithine ". Ce composé est présent dans tous les tissus vivants, en particulier dans les tissus nerveux et dans les globules rouges du sang. On trouve également des lécithines dans les végétaux et le jaune d'œuf. La lécithine est utilisée comme émulsifiant dans la margarine et dans d'autres préparations alimentaires. Les lécithines commerciales sont produites principalement à partir de soja.

Phosphatidylcholine

Les sphingophospholipides sont des lipides membranaires ne contenant pas de glycérol. Ce sont composés d'un acide gras à longue chaîne, un alcool gras aminé comme la sphingosine ou un de ses dérivés et un phosphate. La sphingosine est un composé de 18 atomes de carbone, une double liaison trans, un groupement aminé et 2 hydroxydes.

Sphingophospholipides

Lipides azotés

On appelle lipides azotés les composés lipidiques contenant de l' azote. Ce sont des constituants des membranes biologiques. On distingue dans ce groupe : les acyles sphingosine ou céramides d'une part et les sphingosidolipidiques ou glycolipides (cérébrosides) d'autre part.

Glycolipides

Lipides soufrés

Les lipides soufrés sont aussi appelées sulfolipides ou sulfatides. Il s' agit d'esters sulfuriques des cérébrosides (glycolipides).

Lipides polyisopréniques

Les lipides polyisopréniques sont des lipides à base d'isoprène. Ce groupe des lipides est aussi appelés lipides insaponifiables et jouent un rôle biologique fondamental (hormones et vitamines). Ils sont divisés en quatre catégories : les terpénoïdes, les caroténoïdes, les quinones à chaîne isoprénique et les stéroïdes. Les carotènes (pigment rouge-orangé), les xanthophylles (pigment jaune) et la vitamine A font partie des caroténoïdes. La vitamine E, la vitamine K, les ubiquinones et les plastoquinones font partie des quinones à chaîne isoprénique. Les stéroïdes regroupent les stérols, les acides biliaires, les hormones stéroïdes et la vitamine D. Ces trois derniers sont des dérivés des stérols.

Les huiles essentielles des végétaux (géraniol, limonène, menthol, pinène, camphre) qui contribuent à l’odeur et à la saveur de certaines espèces sont aussi des lipides polyisopréniques.

Comportement des lipides dans l' eau

Les lipides sont des molécules amphiphiles : ils ont une tête polaire (hydrophile) qui aime l'eau et une queue apolaire (hydrophobe) qui pousse l'eau. Le caractère amphiphile est très accentué chez les phospholipides, les acides gras dans les savons et les sphingolipides. Il est moins accentué chez les glycérides et les stérides. C'est ce caractère amphiphile qui conditionne l'organisation des lipides dans l'eau en : mono-couches, bi-couches (liposomes) ou micelles.

Caractère amphiphile

En déposant une petite quantité d'huile à la surface de l'eau, les molécules de lipides forment une couche mono-moléculaire (mono-couches) à l'interface eau-air : les parties hydrophiles du lipide se dirigent vers l'eau et les parties hydrophobes se dirigent vers l'air.

Monocouche

Certains lipides comme les savons ou les détergents ménagers sont apparemment solubles dans l'eau. En réalité, il s'agit d'un regroupement des lipides sous forme de micelles qui restent en suspension dans l'eau. Dans une micelle les parties polaires (hydrophiles) se dirigent vers l'extérieur (en contact avec l'eau) et les parties apolaires (hydrophobes) se dirigent vers l'intérieur (en contact avec les autres parties hydrophobes). Le diamètre d'une micelle est d'environ 20 nm.

Micelle

L'action détergente des lessives est due à cette propriété de micellage. Lorsque l’on agite l’eau contenant un lessive, les gouttelettes d’huile ou de graisse (salissures grasses) s’associent à la partie centrale des micelles en raison de leur caractère hydrophobe. Ainsi, les salissures grasses se trouvent en suspension dans les micelles. Lors du rinçage, ces micelles sont entraînées par l’eau et les salissures sont ainsi détachées de leur support.

Les lipides fortement amphiphiles comme les phospholipides ou les sphingolipides ne forment pas de micelles ou des mono-couches mais des bi-couches lipidiques (liposomes). Dans une bicouche les parties polaires sont à l' extérieur et les parties apolaires sont à l'intérieur.

Bicouche lipidique (ou liposome)

Réactions chimiques des lipides

Réaction de saponification

Les acides gras sont des acides faibles. Ils réagissent avec des bases minérales pour obtenir du savon. Les savons les plus connus sont les savons proprement dites de sodium (savons dures) ou de potassium (savons moues).

Saponification

(RCOO- , K+) est le savon. Le savon est un composé bipolaire : une tête hydrophile COO- et une chaîne latérale hydrophobe R. Les savons sont doués d'un pouvoir détergeant dû à leur propriété d'abaisser les forces d'adhésion entre la souillure et le linge ce qui la libère et la fait passer dans la phase aqueuse (Voir plus haut : Comportement des lipides dans l'eau).

Les acides gras peuvent être régénérés à partir du savon et ceux en présence d'un acide comme l'acide chlorhydrique (HCl) selon la réaction suivante :

(RCOO- , K+) + HCl <=======> RCOOH + (Cl- , K+)

L'acide peut être tout simplement le dioxyde de carbone de l'air (CO2) dissous dans l'eau. C'est pourquoi une solution savonneuse en contact prolongé avec l'air perd son pouvoir détergeant. Dans ce cas la réaction est la suivante :

2(RCOO- , K+) + H2CO3 <=======> 2(RCOOH) + CO3K2

En industries agroalimentaires, la réaction de saponification est utilisée pour éliminer l'excès d'acidité des huiles alimentaires brutes (Opération de neutralisation) et pour la production du savon. La quantité de KOH (en mg) nécessaire pour neutraliser 1 g de lipides est appelée " Indice de Saponification (I.S) " :

Indice de saponification

L'indice de saponification renseigne également sur la longueur moyenne des chaînes d'acides gras constituant le lipide en question. Plus l'I.S est élevé, plus la chaîne est courte.

Réaction d'estérification

La réaction d'estérification est une réaction d'un acide et d'un alcool. Le produit de la réaction est un ester. La réaction inverse est l' hydrolyse.

Acide + Alcool  <======>    Ester + Eau

La réaction d'estérification est importante pour les raisons suivantes :

  • Naturellement, les lipides sont des esters d'un alcool et d'un acide gras.
  • Pour la séparation analytique des acides gras par chromatographie en phase gazeuse ou par distillation fractionnée (distillation en plusieurs étapes), on les transforme à l' état d'esters méthylique ou éthylique. Ces derniers ont un point d'ébullition de 30 à 40°C inférieure à celui de leurs acides gras non estérifiés.

Dans les industries agroalimentaires (IAA), la réaction d'estérification est utilisée pour déterminer la composition en acides gras des huiles végétales et des graisses animales dans le but de déterminer les mélanges frauduleux (mélange avec d'autres huiles de nature différente). La réaction inverse de l'estérification est utilisée pour la production d'alcools à partir de matières grasses.

Réaction d'hydrogénation

L'hydrogénation des acides gras insaturés se fait en employant l'hydrogène (H2) sous une pression de 100 à 200 bar, une température de 200 à 400 °C et en présence de catalyseurs, en particulier les métaux de transition comme le platine (Pt), le nickel (Ni), le zinc (Zn), etc. Dans ces conditions réactionnelles, les acides gras insaturés fixent l' hydrogène pour donner des acides gras saturés.

— CH2 — CH = CH — CH2 —  + H2  ———> — CH2 — CH2 — CH2 — CH2  

L'hydrogénation des lipide est un procédé visant à rendre les huiles solides ou semi-solides (margarines) et moins sensibles à l'oxydation (rancissement). Les acides gras partiellement hydrogénés sont utilisés dans l'industrie agro-alimentaire comme agent de texture pour rendre les aliments plus fermes et moins suintants, comme conservateur pour éviter le rancissement, ou comme désodorisant dans certaines huiles de poisson. Ils se retrouvent ainsi dans de nombreux produits alimentaires transformés, notamment les margarines.

L'hydrogénation d'un mélange d'acides gras peut être sélective ou non selon les conditions réactionnelles. La sélectivité de la réaction est en rapport avec le degré d'insaturation de l'acide gras ou du lipide. L'acide gras le plus insaturé est hydrogéné en premier. Par exemple, dans un mélange d'acide oléique (1 double liaison), acide linoléique (2 doubles liaisons) et acide linolénique (3 doubles liaisons), l'acide linolénique est saturé en premier, puis l'acide linoléique et enfin l'acide oléique.

Une hydrogénation sélective est obtenue moyennant une augmentation de la température de la réaction, alors que l'hydrogénation non sélective est obtenue suite à une augmentation de la pression ou de l'agitation.

L'hydrogénation peut être partielle ou totale. Dans le premier cas, une partie des acides gras insaturés est transformée en acides gras saturés. Les produits finis répondent à des spécifications, en particulier de teneur en solide, conditionnées par l’usage auquel ils sont destinés. Dans le second cas, tous les acides gras insaturés sont transformés en acides gras saturés.

La réaction d'hydrogénation ne va pas sans inconvénients, surtout si l'hydrogénation est partielle. Il s'agit de la formation d'isomères géométriques Cis et Trans. Ces derniers sont moins digestibles que les isomères Cis et sont impliqués dans des maladies d'athérosclérose (réduction de la cavité des artères par la formation des plaques d’athérome constituées de dépôt lipidique). Par conséquent, cette réaction doit être conduite avec attention surtout si la matière grasse hydrogénée est produite pour un usage alimentaire.

Réaction d'intérestérification

L’intérestérification correspond à la modification de la structure glycéridique des corps gras par réarrangement moléculaire des acides gras sur le glycérol. Ceci entraîne des modifications importantes des propriétés physiques d' un corps gras. C' est une méthode qui permet de transformer une huile à une graisse sans modifier la nature de ses acides gras, seule leur « distribution » sur le glycérol étant changée. Lorsque cette opération est réalisée, non sur un seul corps gras, mais sur un mélange de deux huiles ou graisses différentes, on parle de transestérification. Ce procédé ne conduit à la formation d’aucun acides gras "trans". L’intérestérification permet ainsi une meilleure maîtrise de la qualité à la fois fonctionnelle et nutritionnelle des matières grasses et constitue une alternative à la méthode d' hydrogénation.

Réaction d'intérestérification

La réaction d’intérestérification peut être chimique ou enzymatique :

L’intérestérification chimique se fait spontanément par chauffage au dessus de la température de fusion du triglycéride. Elle est plus facile et plus rapide en présence des catalyseurs métalliques tels que les oxydes de métaux (oxyde de zinc, oxyde de fer, etc.) ou les alcalis (NaOH, KOH, LiOH). L’intérestérification chimique est relativement économique et est utilisée à l’échelle industrielle pour produire des graisses plastiques saturées à teneur nulle ou faible en gras trans.

L’intérestérification enzymatique offre une meilleure maîtrise des produits générés au cours de la réaction. Les enzymes sont très spécifiques et peuvent être sélectionnées pour cliver des liaisons esters précises, c’est-à-dire occupant une position particulière sur la molécule. Comme l’intérestérification enzymatique peut se faire à des températures plus basses que l’intérestérification chimique, il y a moins de dégradations.

Contrairement aux huiles intérestérifiées chimiquement, celles intérestérifiées enzymatiquement n’ont pas besoin d’être lavées et blanchies.

Réaction d' oxydation des lipides

Les principaux facteurs déterminant la durée de vie des lipides sont les réactions d’oxydation qui peuvent être classées, selon leur mécanisme, en : autooxydation, photooxydation et oxydation enzymatique. Les substrats des réactions d’oxydation sont principalement les acides gras insaturés. Ils s’oxydent en général plus vite lorsqu’ils sont libres et plus insaturés. Les acides gras saturés ne s’oxydent qu’à une température supérieure à 60°C, tandis que les acides polyinsaturés s’oxydent même lors de l’entreposage des aliments à l’état congelé. Le principal problème posé par ces réactions réside dans la formation de composés volatils d’odeur désagréable (rancissement) et la formation des peroxydes qui sont des molécules cancérigènes.

La réaction d'oxydation des lipides est développée dans la partie relative aux réactions d'altération chimique des aliments.

Réaction des acides gras avec les halogènes

Les acides gras insaturés fixent les halogènes par une réaction d'addition.

CH2 — CH = CH — CH2 — + I2 ————> — CH2 —CHI — CHI — CH2 — 

Cette réaction est surtout exploitée avec l'iode et le brome pour évaluer le degré d'insaturation des acides gras. Il s’agit en fait d’une évaluation de l’aptitude des acides gras à rancir : plus il y’a des insaturations sur l’acide gras, plus il serait sensible à l’O2.

La quantité d'iode (en gramme) nécessaire pour fixer 100 gramme d'un acide gras est appelée " Indice d'iode".

Utilisation des lipides

Outre leurs rôles métaboliques, les lipides sont utilisés dans plusieurs préparations alimentaires :

Les huiles végétales hydrogénées sont utilisées comme matière première pour la fabrication de la margarine et de "Shortening" et comme ingrédients dans d'autres préparations comme les biscuits.

Certains lipides comme la lécithine sont utilisés comme émulsifiants dans les margarines, les mayonnaises et autres préparations.

Les lipides sont également utilisés pour la fabrication des savons. Dans les huileries, le savon est un sous produit qui provient de la neutralisation des huiles alimentaires brutes.

Commentaires

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