La molécule de sucre

Le sucre ou saccharose est une molécule organique composée de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Sa formule chimique brute est C12H22O11, avec une masse molaire de 342,30 g/mol. Plus précisément, le saccharose est constitué de deux molécules, une de fructose et une de glucose. Son nom officiel, selon la nomenclature internationale, est le D-fructofuranosyl d' D-glucopyranoside

Le cristal de sucre

A l'état solide (cristallisé), le saccharose ou sucre est un corps sans couleur ni odeur, qui possède bien entendu une saveur sucrée. Il cristallise sous forme de prismes anhydres (dépourvus totalement d'eau), dont les axes de symétrie sont légèrement inclinés (système cristallin monoclinique, pour les puristes). En théorie, un cristal de sucre parfait est un prisme à 15 facettes ; sur un sucre candi (cristal géant) ou sur un "grain" de sucre cristallisé vu à la loupe, on peut observer aisément 8 à 10 facettes.

La pureté du sucre cristallisé commercialisé s'élève généralement à plus de 99,8%, ce qui en fait l'ingrédient de base le plus pur qui soit. La fraction de "non-sucres" (moins de 0,2 %) est constituée essentiellement d'eau, de minéraux en très faibles quantités (calcium, potassium, magnésium) et de traces de glucose et fructose. Chauffé à sec, un cristal de sucre commence à fondre vers 160-170°C. Son point de fusion est précisément de 186°C. Au-delà de 190-200°C, des composés caramélisés se forment ; si la combustion se prolonge, on aboutit à une sorte de charbon. Chacun peut le constater, le sucre cristallisé est plus lourd que l'eau ; sa masse volumique est en effet de 1586 kg / m3 à température ambiante. Les solutions de sucre Le sucre est très soluble dans l'eau, d'autant plus que la température augmente. A température ambiante, on peut dissoudre jusqu'à 200 g de sucre dans seulement 100 g d'eau (concentration de 66 %). Le sucre dissout dans l'eau élève la température d'ébullition (au delà de 100°C à pression atmosphérique) et abaisse la température de congélation en dessous de 0°C. L'activité de l'eau (aw) reflète la mobilité des molécules d'eau au sein d'un produit alimentaire, avec une valeur maximale égale à 1 pour l'eau pure. Le sucre, en se liant aux molécules d'eau, les rend indisponibles pour la croissance des microorganismes, ce qui a pour effet de stabiliser l'aliment (principe des confitures, des sirops, des fruits confits).



Concentration de sucre (%)
Activité de l'eau
0
1,000
50
0,936
60
0,898
70
0,829
80
0,689

Sucre et caramel

En théorie, on distingue deux types de réactions de coloration impliquant les sucres : la caramélisation et les réactions de Maillard. La première ne fait intervenir que des sucres réducteurs (glucose, fructose - issus bien souvent de l'hydrolyse du saccharose- ou lactose) qui se dégradent, se condensent et se recombinent à température élevée pour former en premier des composés aromatiques, puis des polymères colorés du jaune pâle au brun foncé, les mélanoïdines. C'est le principe utilisé pour la production industrielle à partir de saccharose du caramel aromatique, étiqueté arôme caramel (cuisson à 160°C) ou du caramel colorant, étiqueté E150 (cuisson à 180°C). Les réactions de Maillard doivent leur nom à un médecin et chimiste nancéen, Louis-Camille Maillard, qui publia en 1912 une note décrivant les principales étapes. Ces réactions requièrent la présence simultanée de sucres réducteurs et d'acides aminés. Les étapes sont plus complexes que celles de la caramélisation et se traduisent au final par la formation de nombreuses molécules aromatiques ainsi que de composés polymérisés bruns.

Parmi les notes aromatiques typiques des réactions de cuisson dans les produits sucrés, citons pêle-mêle les arômes de grillé, toast, noisette, miel, beurré, malt, caramel, ou plus surprenant, les notes amande amère, vert, piquant, ou pomme de terre cuite. Les réactions de Maillard sont aussi à l'origine de la coloration brune plus ou moins intense des biscuits, du pain ou des gâteaux mais aussi des fèves de cacao torréfiées...Le sucre intervient donc indirectement dans ces produits comme support d'arômes et de coloration. Aujourd'hui, les mécanismes ne sont pas tous élucidés et la recherche est active. Pour preuve une publication récente de l'équipe grenobloise du Professeur Defaye (1995), qui a déterminé pour la première fois la nature des composants non volatils formant plus de 90% de la masse du caramel. Il s'agit de "dianhydrides de fructose", qui, selon l'auteur, pourraient avoir un effet bénéfique sur la flore intestinale...

La saveur sucrée

Le sucre, et plus largement les glucides, constituent le seul macronutriment que nous puissions identifier directement via les mécanismes de la gustation. Les protéines ou les graisses sont en effet décelées indirectement, notamment par olfaction, par le biais des substances volatiles qu'elles véhiculent. La saveur sucrée se définit comme la sensation résultant du contact entre un stimulus (véhiculé par la salive) et un récepteur gustatif situé au niveau de la langue. Lorsque l'on perçoit un goût sucré, on peut le caractériser par son intensité et sa qualité avant de juger son caractère agréable ou non. L'intensité du goût sucré Il est possible de quantifier l'intensité de la sensation "sucrée" relativement à une référence, généralement le saccharose. Le pouvoir sucrant relatif d'une substance se définit ainsi comme le rapport entre la concentration de saccharose et la concentration de la substance en solution qui développent la même intensité sucrée. Le saccharose est pris comme référence avec un pouvoir sucrant de 1 (ou bien 100 lorsqu'il est comparé à des composés de sucrosité voisine ou inférieure). Les molécules sucrantes dont le pouvoir sucrant relatif est voisin de celui du saccharose sont les édulcorants massiques, substituables au saccharose poids pour poids en terme de saveur sucrée. A l'inverse, lorsque l'intensité sucrée d'un édulcorant est de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de fois supérieure à celle du sucre, il s'agit d'édulcorants intenses.

Référence : solution de saccharose à 10 % en poids, à température ambiante. *Isoglucose = sirop de glucose à haute teneur en fructose (teneur indiquée en % MS) A noter enfin que l'intensité de la saveur sucrée varie en fonction de la concentration, de l'acidité et des autres composants du milieu, de la température et bien entendu de l'individu.

Sucres et Edulcorants Pouvoir sucrant relatif
Sucres
Lactose 0.30
Fructo-oligosaccharides 0.30 - 0.60
Sirop de glucose 0.40 - 0.60
Glucose 0.70
Isoglucose 42* 0.90
Miel 1.00
Sucre inverti 1.00 - 1.10
Fructose 0.80 - 1.30
Saccharose (référence) 1.00
Edulcorants massiques (polyols)
Lactitol 0.40
Isomalt 0.45 - 0.50
Mannitol 0.50 - 0.60
Sorbitol 0.50 - 0.70
Maltitol / Sirop de maltitol 0.80 - 0.90
Xylitol 0.80 - 1.00
Edulcorants intenses
Acide cyclamique et ses sels 30 (25 - 40)
Acésulfame 100 (100 - 200)
Aspartame 130 (110 - 180)
Néohespéridine dihydrochalcone 200 - 300
Saccharine et ses sels 330 (300 - 500)
Thaumatine 2000 - 2500

Aspects qualitatifs Les différences qualitatives ressenties d'un produit sucrant à un autre sont difficiles à exprimer. La description verbale de notre perception de la saveur sucrée demeure en effet limitée si l'on s'en tient à la classification des 4 saveurs primaires (sucré, salé, acide, amer). Concernant le descripteur "sucré", il est notoire qu'il existe des saveurs sucrées, et cela au sein même des glucides puisqu'un sujet est capable de distinguer, après un court entraînement, le "goût" du saccharose (ou sucre) de celui du fructose ou du glucose. Ce descripteur "sucré" s'est mis en place par référence au saccharose, sans doute en raison de sa disponibilité planétaire et de sa très grande pureté sous sa forme cristallisée (à l'instar du sel pour le "salé"). De plus, il est présent dans un grand nombre d'aliments en raison de sa valeur technologique, et cela à des concentrations s'échelonnant sur une gamme étendue (de quelques grammes à plusieurs centaines de grammes par litre ou par kilo de produit). A la différence des autres glucides à saveur sucrée, le sucre est utilisé fréquemment sous sa forme cristallisée comme "sucre de bouche". Chacun d'entre nous possède donc une image sensorielle précise et détaillée du saccharose. Fréquentes et souvent prononcées parmi les édulcorants intenses, on peut identifier les "après-saveurs" qui perturbent la sensation sucrée : notes amère, mentholée, métallique, ou astringence, irritation mais aussi note sucrée persistante. Le mélange d'édulcorants est souvent le moyen utilisé pour masquer par suppression mutuelle les défauts gustatifs de chacun pris isolément. Ici encore, c'est le sucre qui sert de référence "qualité" avec un profil dépourvu d'arrière-goût et sans rémanence importante. D'autres sensations, telles qu'un effet de fraîcheur marqué, sont décelables chez certains édulcorants massiques (polyols principalement), en raison d'une chaleur de dissolution fortement négative associée à une solubilité élevée. Le plaisir du sucré Le plaisir ressenti est la troisième composante qui définit la saveur sucrée. Le plaisir ou l'aversion que procurent certaines saveurs semblent innés, ou du moins acquis très précocément durant la vie intra-utérine. D'après l'étude de ses mimiques (ou réflexes gustofaciaux), le nouveau-né manifeste uniquement de l'attrait pour la saveur sucrée, les saveurs acide, amère et salée entraînant un rejet. Au fil du temps, les expériences gustatives et les traditions familiales ou socioculturelles vont modeler le comportement alimentaire. Ce plaisir ressenti de manière quasiment innée pour le sucré serait un avantage adaptatif, fixé au cours de l'Evolution : dans la nature, le goût sucré est souvent révélateur d'un fruit ou d'un légume mûr et comestible, avec une bonne densité nutritionnelle, alors que les fruits acides ou amers sont soit insuffisament mûrs, soit toxiques.

Les autres produits sucrants

On peut arbitrairement classer les produits sucrants ajoutés aux aliments en deux grandes familles : les sucres et les édulcorants. Les sucres regroupent des glucides à saveur sucrée : le sucre bien sûr, les dérivés de l'amidon, le miel et le sirop d'érable pour les principaux. Ce sont tous des ingrédients utilisés depuis longtemps en alimentation humaine. Les édulcorants, autorisés plus récemment dans notre alimentation, sont classés dans la catégorie des additifs et soumis à ce titre à des conditions d'emploi et d'étiquetage plus restrictives. 1. Les sucres Produits issus de l'amidon La transformation industrielle de l'amidon permet d'obtenir une grande diversité de produits sucrants qui sont généralement classés en fonction de leur pouvoir réducteur, exprimé en g de glucose pour 100 g de matière sèche sous le terme Dextrose Equivalent (D.E). La matière première principalement utilisée est l'amidon de maïs ; viennent ensuite les amidons des pommes de terre (fécules) et de blé. L'hydrolyse de l'amidon (découpage des chaînes de glucose) est l'étape principale de transformation ; elle peut se faire par voie acide, par voie enzymatique ou de façon combinée acide-enzyme. Avec une hydrolyse poussée de l'amidon, on obtient les sirops de glucose. Ce terme peut prêter à confusion car il ne s'agit pas, à l'inverse d'un sirop de saccharose, d'une solution aqueuse simple de glucose. En effet, un sirop de glucose est une solution complexe contenant, selon la réglementation en vigueur, "pas moins de 70% de matière sèche et plus de 20 D.E. (soit un pouvoir réducteur équivalent à 20 g de glucose)". La matière sèche, outre le glucose, est composée de maltose, d'oligosides, en proportions variables suivant le type d'hydrolyse appliqué. Les sirops possèdent suivant leur composition des propriétés fonctionnelles particulières : pouvoir viscosant, modification de l'humidité relative d'équilibre, inhibition de la cristallisation du saccharose. Ils sont généralement utilisés en association avec le saccharose dans les produits de confiserie, dans les crèmes glacées, dans les confitures ou en pâtisserie industrielle. Le dextrose ou D-glucose est obtenu à partir d'un sirop de glucose dont l'hydrolyse est poussée jusqu'à une DE au moins égal à 90-95. Le sirop de glucose est alors filtré, purifié et concentré pour être ensuite cristallisé. Le dextrose se présente sous la forme d'une poudre blanche composée de fins cristaux avec un pouvoir sucrant inférieur au sucre (saccharose). Il peut être utilisé pour apporter une texture ou une coloration particulière aux produits alimentaires ou bien sert de support de fermentation. Les isoglucoses, ou sirops de glucose à haute teneur en fructose, sont obtenus à l'issue d'une hydrolyse poussée de l'amidon, complétée par une transformation d'une partie du glucose contenu en fructose (isomérisation par voie enzymatique). Dans la pratique industrielle, le taux de fructose le plus courant est 42%, le complément étant du glucose et une faible part d'oligosides et de polyosides (un isoglucose 42 possède un pouvoir sucrant voisin de celui du saccharose). Les isoglucoses sont principalement employés dans les boissons. Fructose cristallin Bien que très répandu à l'état naturel, dans les fruits notamment, le fructose pur est difficile à produire industriellement en raison de son instabilité à des températures élevées, et surtout, du fait de sa grande solubilité dans l'eau, qui est un obstacle à la cristellisation. Le fructose peut être obtenu industriellement à partie d'isoglucoses enrichis à plus de 95% de fructose par chromatographie.La cristallisation se fait en présence d'alcool. L'autre voie d'obtention du fructose est celle du sucre inverti, composé de glucose et de fructose à parts égales.Dans ce cas, on cherche à séparer le fructose, le plus souvent au moyen de résines échangeuses d'ions. Le pouvoir sucrant du fructose est fortement dépendant de la température. A basse température, il est supérieur au saccharose (1,3 fois le pouvoir sucrant du saccharose à 5°C) mais chute fortement lorsque la température s'élève (0,8 fois celui du sucre à 45°C).

Le fructose ayant la même valeur calorique que le saccharose ou le glucose (4kcal/g), son utilisation dans un éventuel souci d'allègement calorique se limite a priori aux produits consommés froids ou à température ambiante. Miel Le miel est produit par les abeilles mellifiques à partir du nectar des fleurs ou de sécrétions provenant des plantes qu'elles butinent. Le nectar est un produit riche en saccharose et en sucres réducteurs. Les abeilles transforment en partie le saccharose en sucre inverti (glucose et fructose) grâce aux enzymes (invertases) contenues dans leur jabot. Il existe de nombreuses variétés de miel mais l'on peut considérer que la composition moyenne du miel est voisine de celle d'un sucre inverti, avec une teneur en matière sèche de 80 à 85% (matière sèche constituée essentiellement de sucres réducteurs et d'une fraction de saccharose). Sirop d'érable "L'érable à sucre" est originaire d'Amérique du Nord. La sève qui en est extraite est chauffée et brassée, ce qui provoque sa concentration mais aussi le développement d'une coloration et d'arômes caractéristiques du sirop d'érable. Le sirop d'érable est composé presqu'exclusivement de saccharose (plus de 85% de la matière sèche), d'hexoses et de polyosides divers et possède une teneur en eau de l'ordre de 35% en poids. Sa composition et ses propriétés technologiques sont donc très voisines de celles du sirop de saccharose. Les notes aromatiques particulières du sirop d'érable sont recherchées dans certains produits de biscuiterie ou de pâtisserie. 2. Les édulcorants Edulcorants massiques (Polyols) Les polyols, appelés aussi sucres-alcools, sont produits industriellement par hydrogénation catalytique de glucides à haute température. Leur pouvoir sucrant est toujours inférieur ou égal à celui du saccharose ; substitués au sucre, ils apportent donc une masse voisine et possèdent un effet texturant. L'hydrogénation donne aux polyols une plus grande stabilité à la température ; ils ne sont donc pas impliqués dans les réactions de brunissement ou réactions de Maillard, qui apparaissent sous l'effet d'une cuisson par exemple. Dans le cas de pâtisseries ou de biscuits, l'obtention d'une coloration satisfaisante nécessite alors l'addition de sucres réducteurs tels que le fructose. Les polyols possèdent, en règle générale, une chaleur de dissolution fortement négative par rapport au saccharose, ce qui entraîne au moment de la consommation une sensation de fraîcheur en bouche. Recherché dans certains produits de confiserie (chewing-gum, sucres cuits, comprimés), cet effet n'est pas souhaitable dans les produits chocolatés ou encore en biscuiterie. Du fait de leur malabsorption partielle, les polyols risquent de provoquer des troubles gastro-intestinaux au delà d'une certaine quantité consommée de 20 à 50 g par jour selon les individus. Leur valeur énergétique est fixée à 2,4 kcal/g. De manière générale, ils sont considérés comme non cariogènes. A l'heure actuelle, les polyols sont surtout utilisés pour la confiserie, le plus souvent en association avec les édulcorants intenses pour obtenir la saveur sucrée recherchée.

Six polyols sont autorisés en tant qu'additifs dans l'alimentation humaine (Directive Européenne 94/35/CE) : sorbitol, mannitol, xylitol, maltitol, lactitol et isomalt. Leur dose d'emploi n'est pas limitée (règle du "quamtun satis") mais leur usage est interdit dans les aliments destinés aux enfants de moins de 3 ans et dans les boissons. Enfin l'étiquetage doit mentionner qu' "une consommation excessive peut avoir des effets laxatifs". Edulcorants intenses Sous cette appellation sont regroupés des produits très divers, d'origine végétale ou obtenus par synthèse chimique, et dont le pouvoir sucrant est de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de fois celui du saccharose. Additionnés en faibles quantités, ils apportent la saveur sucrée recherchée mais ne fournissent pas de charge ni d'effet texturant. En dehors des boissons, où l'eau constitue la "charge", la plupart des applications alimentaires requiert l'emploi d'agents de masse en complément des édulcorants intenses. A l'image des polyols, certains édulcorants intenses sont autorisés en Europe dans l'alimentation humaine en tant qu'additifs (Directive Européenne sur les édulcorants 94/35/CE) : l'aspartame, l'acésulfame de potassium, la saccharine et ses sels, l'acide cyclamique et ses sels, la thaumatine, la néohespéride dihydrochalcone. Leur dose d'emploi est fixée à une valeur maximale variable selon l'édulcorant considéré et la catégorie d'aliments. L'Aspartame (E 951) C'est un dipeptide, substance protéique composée de deux acides aminés : l'acide aspartique et la phénylalanine. Son pouvoir sucrant est de 100 à 200 fois celui du saccharose, variant suivant la concentration. La stabilité de l'aspartame est fonction de Ph et de la température. Dans les limonades par exemple, le Ph acide doit être augmenté pour éviter la décomposition de l'aspartame et donc de la perte de la saveur sucrée. Dans le cas de produits subissant des traitements thermiques, il faut veiller à ajouter l'aspartame à la fin du cycle de chauffage et refroidir rapidement. Pour les produits édulcorés à l'aspartame, l'étiquetage doit comporter "contient de la phénylalanine". L'acésulfame de potassium ( E 950) :

C'est un composé de la famille des oxathiazines. Son pouvoir sucrant est d'environ 100 à 200 fois celui du sucre ; à forte concentration, il développe un goût amer. Sa stabilité est bonne en fonction de la température et pour une gamme de Ph assez large. Du fait de son arrière-goût amer, il est plus souvent utilisé en association avec l'aspartame et la saccharine. La saccharine et ses sels (E 954) : Découverte par hasard vers 1880 par un chimiste travaillant sur les dérivés de la houille, la saccharine, acide ortho-sulfimide benzoïque, est l'édulcorant intense le plus ancien. Son pouvoir sucrant varie suivant la dose d'emploi entre 300 et 700 par rapport au sucre. La saccharine est le plus souvent utilisée sous forme de sels de sodium ou de calcium ; présentant un arrière-goût amer, elle est généralement associée à l'aspartame et à l'acésulfame. Sa stabilité à la température est bonne. L'acide cyclamique ( E 952) : C'est un dérivé de l'acide sulphamique. Son pouvoir sucrant est de 25 fois celui du saccharose. Les réglementations sur le cyclamate sont très variables d'un pays à l'autre en raison de résultats d'études contradictoires sur sa toxicité. Il est stable à la chaleur et ne développe pas d'arrière-goût indésirable. La thaumatine ( E 957) : C'est un mélange de deux protéines isolées d'un fruit tropical africain. Actuellement, la production de la thaumatine se fait par génie génétique. Son pouvoir sucrant est de l'ordre de 1 500 à 2 000 fois celui du saccharose. En raison de sa nature protéique, la thaumatine se dégrade rapidement sous l'effet d'un chauffage. Elle est utilisée soit comme édulcorant, soit comme renforçateur d'arômes dans certaines boissons ou dans les chewing-gums. La néohespéridine dihydrochalcone (NHDC) (E 959) : Il s'agit d'un édulcorant semi-synthétique, obtenu par hydrogénation de composés extraits des fruits de la famille des citrus. Le pouvoir sucrant est d'environ 1 600. La saveur sucrée est persistante et s'accompagne d'arrière-goûts mentholés ou de réglisse. La NHDC est employée en association avec d'autres édulcorants intenses, avec lesquels elle renforce le pouvoir sucrant global et masque les notes amères.
Doses maximales d'emploi (en mg/kg ou mg/l) des édulcorants intenses. Exemples de catégories de produits alimentaires. (Directive Edulcorants 94/35/CE) D'autres édulcorants intenses, comme le sucralose (dérivé chloré du sucre, pouvoir sucrant 650) et l'alitame (dispeptide, pouvoir sucrant 2 000), font l'objet de demandes d'autorisation d'emploi sur le plan international.