Principe des techniques mises en jeu pour élaborer un "produit" : séparation, électrolyse, formulation, conditionnement - Maxicours

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Principe des techniques mises en jeu pour élaborer un "produit" : séparation, électrolyse, formulation, conditionnement

Objectifs : Un produit comme par exemple un médicament contient un principe actif (produit ou extrait par séparation d’une espèce naturelle). Mais on lui fait subir une formulation et un conditionnement pour être présenté en tant que médicament.

A de nombreux niveaux, l’élaboration d’un produit consommable ou utilisable nécessitera de nombreuses étapes, parmi lesquelles ces quelques techniques exposées ci-après.
1. Séparation
a. Séparation par précipitation fractionnée

En analyse chimique et à plus grande échelle en métallurgie, on utilise parfois la précipitation sélective d’un solide afin d’isoler un cation d’un mélange en contenant plusieurs.

Il faut donc trouver l’anion qui précipite sélectivement un cation et pas l’autre ce qui dépendra du pH appelé pH de limite de précipitation.

b. Réaction de précipitation
2. Electrolyse
a. Principe

L’électrolyse est une méthode très employée industriellement pour produire des métaux (zinc métallique…), des gaz (dichlore…), recouvrir des métaux (argent…), etc.

L’électrolyse est une transformation forcée par une énergie électrique transformée en énergie chimique.

Un générateur impose un sens au passage des électrons et peut provoquer des réactions d’oxydoréduction dites non spontanées. Autrement dit, le quotient de réaction s’éloigne de la constante d’équilibre de la transformation.

b. Montage

Le pôle positif de l’électrolyseur est l’électrode reliée au pôle positif du générateur c'est-à-dire l’électrode d’où partent les électrons donc là où l’oxydation a lieu. Il s’agit de l’anode.

Le pôle négatif de l’électrolyseur est l’électrode reliée au pôle négatif du générateur c'est-à-dire l’électrode d’où arrivent les électrons donc là où la réduction a lieu. Il s’agit de la cathode.

Les électrons circulent dans les fils électriques mais en solution ce sont les ions qui assurent le passage du courant. Ainsi, peuvent participer aux échanges :

• les métaux des électrodes ;
• les cations et anions de solutions électrolytiques ;
• l’eau en tant qu’espèce ampholyte (à la fois oxydant et réducteur).

c. Quantité de matière d’une espèce transformée


 

3. Formulation

La formulation est un ensemble d’opérations qui permet de donner à une substance (aliment, boisson, cosmétique…) des propriétés qui en facilitent l’emploi et/ou la consommation (goût, odeur, solubilité, diminution des effets indésirables…).

Cette formulation peut consister en une couche protectrice, destinée à n’être dissoute qu’une fois le médicament dans l’intestin, ou encore donner un effet tampon au médicament. En effet, en solution, cette substance verra son pH varier très peu par dilution ou ajout de base et d’acide modérés.

L’utilisation d’un ion (sodium) ou d’un autre (potassium) pour créer un savon dur (RCOO-+ Na+) ou mou (RCOO-+ K+), ne change rien au principe actif du savon mais modifie ses propriétés :  

• un savon dur se déshydrate plus vite et agira donc plus difficilement à froid ;
• un savon mou ne sèchera jamais et deviendra mou et gélatineux.

4. Conditionnement


Une partie importante du conditionnement dans nos aliments concerne les conservateurs alimentaires qui ont pour but, par des méthodes physiques ou chimiques, d’éliminer ou de ralentir le développement des microbes.

a. Méthodes physiques

La pasteurisation détruit les éléments pathogènes par chauffage à 100°C.

La stérilisation détruit les germes microbiens par chauffage à 140°C.

La congélation par abaissement rapide de la température à -22°C stoppe quasiment les dégradations des aliments.

La déshydratation (lyophilisation) revient à dessécher un aliment en retirant l’eau nécessaire aux réactions des germes pathogènes.

L’irradiation des aliments par action de rayonnements ionisants issus d’éléments radioactifs ou d’accélérateurs de particules, décompose partiellement les molécules des micro-organismes.

b. Les additifs de conservation

Les conservateurs permettent de contrôler, voire d’empêcher le développement des micro-organismes. Ils sont repérés par la codification E200 à E297.

Certains bloquent le développement des levures, moisissures, comme par exemple, l’acide propanoïque dans le pain de mie. D’autres bloquent le développement des bactéries. Ceci est le cas du dioxyde de soufre dans de nombreuses boissons.

c. Les anti-oxygènes

Les anti-oxygènes sont des réducteurs qui éliminent toute trace d’oxygène dans les aliments ce qui évite l’oxydation des jus de fruit, préserve la couleur de la viande, le rancissement des huiles, etc.

Leur code d’identification est E300.

d. Les emballages alimentaires

Les matériaux sont très nombreux en ce qui concerne les emballages alimentaires mais la plupart pourront être qualifiés de solides, inaltérables, légers, et si possible, recyclables.

Parmi les plus utilisés, nous citerons le verre. C’est un mélange de silice (73%), d’oxyde de sodium, d’oxyde de calcium et d’alumine) dans lequel les premières « conserves » seront réalisées par stérilisation en 1795.

Les boîtes de conserve, en fer, acier ou encore aluminium datent de 1812, sauf les canettes qui datent de 1967. Elles sont intérieurement recouvertes de vernis hormis pour les fruits où l’étain joue le rôle d’anti-oxygène.

Les emballages plastiques, légers, faciles à former et à colorer sont peu altérables et sont synthétisés par polymérisation. On les repère par différents symboles :

L’essentiel

Pour créer une substance, les techniques de synthèse sont très utiles mais pour élaborer un produit commercialisable, plusieurs étapes sont nécessaires :

• la séparation par précipitation fractionnée ou l’électrolyse par conversion d’énergie électrique en énergie chimique sont très utilisées pour isoler le produit désiré ;
• la formulation permet de modifier ce produit brut pour le rendre consommable, attrayant, etc ;
• le conditionnement dans un emballage adéquat avec des conditions de conservation précises permet le passage à la vente.
Toutes ces conditions seront pour chaque produit réunies au moindre coût et en essayant de respecter l’environnement.

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