dimanche 16 mai 2021

Des ciseaux moléculaires

 
Dans la série des émerveillements,  il faut que je signale la publication d'un résultat obtenu tout récemment par des chimistes organiciens :  une méthode qui permet, à partir d'une molécule qui contient un atome d'azote, de retirer cet atome d'azote et  dele remplace par un atome de carbone.


Pour la synthèse organique, activité qui consiste à construire des molécules à partir soit d'atomes isolé, soit de molécules, la nouvelle méthode sera d'une extrême utilité, parce que l'on n'aura plus besoin d'imaginer, chaque fois, une série de réactions faisant ce travail. 


La question de la chimie organique est effectivement celle-là :  modifier spécifiquement des parties d'une molécule, pour arriver à un assemblage initialement déterminer. Et la question de l'azote est une question un peu particulière mais très importante, parce que la présence de cet élément donne aux molécules des caractéristiques très particulières. Pensons aux pyrazines, si odorantes dans les aliments grillés, aux bases azotées qui font l'ADN, aux alcaloïdes, qui sont souvent la base de médicaments...

La pyrazine

 
La caféine


Pour ceux qui font de la synthèse organique, il faut jongler avec les atomes de carbone, oxygène, azote, soufre, phosphore... Il faut savoir transformer une simple liaison en doubles liaisons, faire des enchaînements cycliques, ajouter des ramifications, lier des parties, couper... Bref, il y a lieu d'avoir sous la main toute une série d'outils que l'on peut utiliser selon les besoins.

Il est un peu étonnant que, au 21e siècle encore, nous en sommes touours à forger des outils tel que celui qui vient d'être introduit, mais  c'est qui est très merveilleux, c'est que de nouveaux outils s'ajoute dans boîte à outils dont nous disposons.

samedi 15 mai 2021

Toujours remplacer adjectifs et adverbes par la réponse à la question "combien ?"

Au laboratoire, nous avons une sorte de jeux que nous nommons "jogging", et qui  consistent à faire des calculs à propos de phénomènes simples : quelle doit être la taille de la boîte où l'on stocke des meringues pour que celles-ci restent croustillantes ? quelle doit être la longueur d'une fourchette qui permettrait de manger avec le diable ? quelle est l'épaisseur de la croûte d'un soufflé ? combien de gouttes d'huile dans une sauce mayonnaise ?

Et ainsi de suite :  chaque fois, il s'agit d'imaginer un calcul, c'est-à-dire que nos jogging, nos entraînements, sont en réalité des problèmes et non des exercices,  la différence étant qu'un exercice est l'application directe d'une notion du cours, tandis qu'un problème nécessite un peu d'imagination, de créativité, de choix, de débrouillardise...

Et c'est là où il y a une difficulté : beaucoup de nos jeunes amis sont déjà débordés par la simple application des lois qu'ils apprises, et l'expérience prouve que beaucoup ne parviennent pas résoudre les problèmes. Bien sûr, il y a des exceptions, d'une part, et, d'autre part, mon observation n'est pas une dénonciation, mais une analyse pour aller plus loin, pour faire mieux : sic itur ad astra... si l'on ne se complaît pas dans ses propres insuffisances, mais si, au contraire, on les analyse pour les pallier (par du travail bien ciblé).

Bref il y a la nécessité de les aider, et  je propose la méthode suivante : face à une question, on commence par la répéter lentement pour bien la comprendre ; puis on décrit la situation avec des mots, en faisant un schéma ou une expérience.
Par exemple, si l'on considère la question de la boite où l'on conserve les  meringues, on comprend qu'il faille commencer par considérer les meringues  : que sont-elles ? comment les obtient-on ? quelle est leur composition ?

Ayant cette description, par des mots, on arrive généralement sur des adjectifs et des adverbes. Par exemple, pour les meringues :  on chauffe "beaucoup" ou bien "longtemps",  et ainsi de suite.
Et c'est là qu'une des méthodes caractéristiques de la science nous aide,  car cette méthode stipule que tout adjectif, tout adverbe doit être remplacé par la réponse à la question combien ?

Il y a beaucoup de blanc en neige  : combien, quel volume ? On évapore de l'eau : combien ? Et ainsi de suite.

A ce stade, on n'a que l'embarras du choix, pour déterminer une question et l'étudier quantitativement !  Chacun choisit ce qui l'amuse, parce que je répète que nos "joggings" sont des  entraînements.
Pour calculer  l'épaisseur de la croûte d'un soufflé, par exemple, on peut décider de partir de la consommation électrique de four, ou bien de la quantité d'eau évaporée lors de la cuisson d'un soufflé, et ainsi de suite.

Mais reste la règle essentielle des sciences de la nature : toujours remplacer des adjectifs et des adverbes par la réponse à la question "Combien ?".

vendredi 14 mai 2021

A propos de référentiels

Hier, j'ai recontré de jeunes amis  (des étudiants, donc) à qui le mot "référentiel" ne disait rien. N'est-ce pas étonnant ?

Bien sûr, on peut faire des tas d'hypothèse :
- soit nos amis n'auraient pas correctement écouté quand on leur en parlait
- soit ils n'ont  pas compris ce dont il s'agissait
- soit ils ont oublié qu'on leur en avait parlé
- soit on ne leur en a pas parlé
- soit on ne leur a pas expliqué ce dont il s'agissait
- soit ...
Il y a trop d'hypothèses pour que que nous perdions notre temps ici à chercher des causes, et il vaut mieux donner des remèdes, puisque le mal est fait. En maintenant, en revanche, que mes collègues enseignants devraient se poser des questions, puisque c'est leur efficacité qui est en cause.

Ici, je me limite à dire que les référentiels sont une pièce importante des études, car ils sont en réalité le "contrat" que les institutions de formation passe avec les étudiants qui viennent étudier chez elles.

Mais commençons par expliquer qu'un référentiel, c'est la liste des connaissances, des compétences, des savoirs faire,  des savoir-vivre, des savoir être  qui sont exigibles aux examens qui sanctionnent des études, qui conditionnent l'attribution des diplômes.
Dans l'éducation nationale, on nomme parfois cela des programmes.

Quel que soit le nom, ces programmes sont essentiels, parce qu'ils indiquent aux étudiants ce qu'ils doivent pour avoir leur diplôme.

Autrement dit, on aurait raison d'imaginer qu'en début d'année scolaire ou universitaire, les professeurs mettent sous les yeux des étudiants les référentiels détaillées qui seront l'objet de la collaboration de l'année.

D'ailleurs, les étudiants pourraient très bien faire une espèce de liste, avec des cases vides qu'il leur faudra remplir, quels que soient les moyens (étudier, le jour, la nuit, couché, debout, en marchant...) mis en oeuvre  : ils n'ont pas une obligation de moyen, mais de résultat.

Oui,   les référentiels sont la colonne vertébrale des études de l'année, et, à ce titre, ils sont essentiels.

Pourtant, consultant des sites universitaires, je m'étonne de  ne voir que des référentiels très flous, limités à des noms de matière...

Et cela est très mauvais, car comment un étudiant peut-il évaluer ce qu'il doit vraiment savoir, autrement qu'en suivant, sans autonomie, le cours d'un Professeur Tout Puissant (idée que je déteste absolument : mettre les autres sous sa coupe arbitraire) ?

Oui, j'insiste : nos systèmes universitaires doivent absolument développer l'autonomie, surtout quand les étudiants sont des adultes, qui ont le droit de vote et qui, bien souvent "payent" leurs études.
En outre, cette solution est le germe d'une "lutte des classes" entre les étudiants, d'un côté, et les professeurs ou institutions d'enseignement de l'autre : à éviter absolument, sans quoi tous ne sont pas dans la même direction, à savoir permettre aux étudiants d'obtenir efficacement connaissances, compétences, savoir faire, savoir vivre, savoir être (ici, pire même, puisque l'on transmet des valeurs pourries).

Je maintiens  donc que chaque début d'année scolaire ou universitaire devait être devrait être l'occasion d'une explicitation détaillée des références, lors d'une discussion entre les professeurs et les étudiants.

Bien sûr, il y a, pour les étudiants, des difficultés à conceptualiser des objets qu'ils ne connaissent pas encore, mais on n'hésitera pas à consulter mes billets consacrés aux "cartes des études".

Et puis, ayant ces référentiels détaillés, les étudiants pourront cocher les cases, au fur et à mesure, pour bien évaluer, tout au long de l'année, la distance qu'il leur reste à parcourir.

Moi étudiant, avec le souvenir vif de mes études scolaires ou universitaires, je reste très en colère contre les systèmes d'études qui me donnaient  pas des référentiels détaillés. Je maintiens que cette méthode est mauvaise et que les professeurs qui participent à cela sont des paresseux.
Ces systèmes antédiluviens doivent être réformés sans attendre. Bien sûr, les étudiants ont leur part de responsabilité (car j'en vois  quand même pas mal au bistrot) mais en l'occurrence, la faute incombe aux institutions de formation et aux professeurs quand leurs référentiels ne sont pas détaillés.



PS. Pour vous montrer l'étendue des dégats, voici un référentiel pour une licence de chimie : 

Par exemple, j'apprends quoi, au juste, quand je tombe sur une ligne aussi vague que "outils mathématiques pour la chimie", ou bien "chimie organique: fonctions et réaction" ? 



jeudi 13 mai 2021

Trois événements scientifiques à venir.

 


1. Du 1 au 3 juin, le Centre international de gastronomie moléculaire et physique AgroParisTech-INRAE organise le 10e International Workshop on Molecular Gastronomy sur le thème "Suspensions".
Ce type de rencontres scientifiques, qui a commencé en 1992 au Centre Ettore Majorana d'Erice est organisé depuis 2000 par AgroParisTech, et notamment par le Centre International de gastronomie moléculaire et physique.
Il réunit couramment des chercheurs de nombreux pays.
Site : http://www2.agroparistech.fr/The-10th-International-Workshops-on-Molecular-and-Physical-Gastronomy-4620.html
Inscriptions sur icmg@agroparistech.fr
Sous le haut patronage de l'Académie d'agriculture de France.


2. La finale des 8e et 9e Concours internationaux de Cuisine est organisée à AgroParisTech le 4 juin 2021 par le Centre International de gastronomie moléculaire et physique AgroParisTech-INRAE.
Le thème du 8e concours est : "la cuisine note à note utilise les pectines"
Le thème du 9e concours est : "les suspensions".
Trois catégories séparées : étudiants, grand public, professionnels.
Sous le haut patronage de l'Académie d'agriculture de France.

3. A l'occasion de la publication du Handbook of Molecular Gastronomy, par les éditions CRC Press, les 4 co-éditeurs Roisin Burke (TU Dublin, Ireland), Alan Kelly (University Cork, Ireland), Christophe Lavelle (MNHN, France) et Hervé This (Centre international de gastronomie moléculaire et physique AgroParisTech-INRAE, France) ont organisé une conférence scientifique le 12 mai 2021, introduite par l'Ambassadeur de France en Irlande, Monsieur Vincent Guérend.
Face au succès de la manifestation, une seconde journée scientifique est organisé le 30 juin, avec le patronage de l'Académie d'agriculture de France.
Inscriptions : icmg@agroparistech.fr

events to come

 

Dear Friends,

1. Happy to have met electronically yesterday so many friends, at our Scientific Lecture for the Publication of the Handbook of Molecular Gastronomy.

2. Thanks for the lecturers

3. Because we got more proposals of talks than slots in the Conference, the four co-editors of the Handbook of Molecular Gastronomy now organize another such event, the 30th of June : don't be shy, send proposal of oral presentations concerning the 3 parts of the book
Part I : science (molecular and physical gastronomy)
Part II : application of molecular and physical gastronomy in education
Part III : application of molecular and physical gastronomy in culinary art

And don't forget: before this new event :

1-3 June : 10th International Workshop on Molecular Gastronomy ; topic "suspensions" (and here again, you can propose to have oral presentation
4th June in the afternoon : Final Event of the 8th and 9th International Contest for Note by Note Cooking.


Have a nice Thursday





mercredi 12 mai 2021

Lecithins: what they are, and what they are not

This is the translation of an article that you will find in the Encyclopedia of the Académie d'agriculture de France : 

 

 

 

Lecithins


Many food products contain "lecithins", but what are they?


Food products from the industry sometimes display "lecithins" on the packaging, but what is this ingredient, listed by the European classification of additives under the number E322?

Here a review of the chemical history of food compounds will show us that the regulations would benefit from being more in line with the definitions given internationally by chemists.

About lecithin, there is the same question as with the term "chlorophyll", which was initially introduced by chemists to designate the green material that can be extracted from green plants... before it was discovered that it was actually a variable mixture of many compounds.

Having understood that this green material was made of many green, blue, yellow, orange and red pigments, chemists decided internationally to reserve the name "chlorophylls" (in the plural) for particular pigments, and more particularly for green pigments with a very particular molecular structure.

The same historical sequence can be found with many animal and plant materials. For example, still following the work of chemists (in this case from the 18th century), the material isolated from egg white by evaporation of water was called "albumin" for a long time, before the progress of chemistry made it possible to understand that it was a variable mixture, which led to the use of the word "albumins" (in the plural), to designate particular proteins


Lecithin ? No, lecithinS


For lecithins, they were discovered in 1845 by the French chemist Theodore Nicolas Gobley (1811-1876), who succeeded in extracting it from egg yolk. He created the name from the Greek lekythos, which means "egg yolk", and this definition persisted until 1850. The chemical nature of lecithin remained unknown until 1874. Then the progress of chemistry clarified the composition of the material isolated by Gobley, which was in fact a mixture of several compounds.

Where the cacophony sets in - and this is the breeding ground for fraud, dishonesty, misunderstandings, etc. - is that technical or technological publications have not kept up with the progress of chemistry, and that one finds various definitions in these circles.

For example, some have defined the product marketed under the name of lecithin as "a mixture composed of polar lipids (glycolipids, phospholipids) and triglycerides, obtained from animal or plant tissues" (we will see later that these are the compounds). Others have designated under this name "lipids containing phosphorus, extracted from eggs or brain tissue". And a third definition refers to phosphatidylcholine. According to the International Lecithin & Phospholipids Society (ILPS, 2020), lecithin is "a complex mixture of glycerophospholipids of plant, animal, or microbial origin, containing varying amounts of triglycerides, fatty acids, glycolipids, sterols, and sphingophospholipids. "Recently, one researcher (Leonard, 2017) even provided his own definition, naming lecithin "a group of lipid substances found in animal or plant tissues that are essential for cell function."

In less technological texts, we find other definitions. For example, in the Encyclopedia Britannica (2020), we find the third of the previous definitions, but also as a "natural" mixture containing notable proportions of phosphatidylcholine (PC), cephalin (phosphatidylethanolamine, PE) and phosphatidylinositol (PI).



Towards the same clear definition for all

 

 

All this should be swept away, because the 1905 law on the food trade imposes healthy, marketable and... fair products: horse is not beef! However, fairness imposes a single, common definition... which has moreover been given very clearly by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC): for chemists around the world, lecithins are "cholic esters of phosphatidic acids" (IUPAC, 2019). Since chemists introduced the word "lecithin," they are the ones with the definition, right?

To understand what it means, let's start by analyzing the following representation, of a phosphatidic acid molecule:



On such a representation, the vertices carry carbon atoms, the letters O, H, P indicate oxygen, hydrogen and phosphorus atoms respectively, the segments represent bonds between atoms, and many hydrogen atoms are omitted for clarity (and we know that there are enough of them for each carbon atom to have a total of four bonds). That leaves R1 and R2, which we will consider later, but, before that, let's observe that, in the center of this structure, we find the following:


Here, we have replaced the eliminated parts with hydrogen atoms (H)... and we find the glycerol molecule, a "sugar" with three carbon atoms.

In the phosphatidic acid molecule, we also find the phosphorus atom with its neighbors, which corresponds to a phosphoric acid residue. Finally, the "R1" and "R2" designate chains of carbon atoms linked to hydrogen atoms; together with the doubly linked oxygen atoms, this makes "fatty acids"... but as there are missing atoms, lost during the assembly of the complete molecule, we should rather speak of "fatty acid residues". In lecithins, fatty acid residues have between 6 and 26 carbon atoms, depending on the source: lecithins of animal origin have longer fatty acid residues, while the number of carbon atoms is limited to about 20 for lecithins of vegetable origin.

Finally, we mentioned "cholic" esters of phosphatidic acids, which means that lecithins contain a residue of a compound called "choline":

Here, the letter N represents a nitrogen atom.

And for the complete lecithins, the molecules are :





Commercial names to be revised


We have seen that there is no ambiguity in the chemistry of lecithins... and this must quickly change the vocabulary of the industrial world. Can we really admit that this world designates under the name of lecithin mixtures of phospholipids, but also of glycolipids, triglycerides, water and sugars?

Glycolipids have nothing to do with "cholic esters of phosphatidic acid": they are compounds whose molecules include a lipidic part and a small sugar. In the lipid part, two fatty acid residues are attached to a glycerol residue, while the sugar residue is often a D-glucose, D-galactose or inositol residue. Like phospholipids, these compounds are present in cell membranes. The sugars leave the phospholipid bilayer, in the aqueous solutions that bound the cell membranes. Glycolipids are found in plant and animal tissues, but are most abundant in photosynthesizing algae and plants.

Triglycerides, on the other hand, have nothing to do with "cholic esters of phosphatidic acid" either: they are the compounds that make up oils, with a glycerol residue linked to three fatty acid residues.



By the way, why do food products contain lecithins?


Now that we know what lecithins really are, let's examine their usefulness by first considering the case of chocolate making. Let's skip the roasting of the cocoa seeds, the pressing of the roasted seeds, to produce cocoa butter, and focus on the "conching" stage, where sugar is added to this cocoa butter with vegetable matter added. This is traditionally done in a heated millstone, which rotates until the beans are reduced to very small particles, smaller than the 15 thousandths of a millimeter that remain perceptible between the teeth. When the millstone turns like this, in the mixture, it struggles, and consumes a considerable amount of energy, especially because the grains of sugar are surrounded by a thin layer of water... which does not mix well with the melted fat. As soon as lecithins are added to the mixture, the effect is seen: the grinding wheel starts to turn more easily, the rotation being facilitated, because the lecithins favour the contact of the fat and the water.

In various food products, too, lecithins have this "surfactant" role, allowing to reduce the energy necessary for the dispersion of fat, in the form of droplets, in an aqueous solution or conversely. Think of the famous mayonnaise sauce, where the egg yolk provides both water and lecithins, and where oil is dispersed and added drop by drop (although, in this case, the proteins also provided by the egg yolk are much more active than lecithins).

Are these lecithins used by the food industry "dangerous", as some of those who criticize "additives" claim? The first answer is that lecithins are present in the cells of our body: these cells are limited by a "membrane", which is a double layer of phospholipids or glycolipids. Eating meat, fish, vegetables or fruit means consuming lecithins en masse, even without the slightest intervention of an industry that some criticize for reasons that we will not analyze here.




References


EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food : Mortensen A, Aguilar F, Crebelli R, Di Domenico A, Frutos MJ, Galtier P, Gott D, Gundert M, Remy U, Lambré C, Leblanc J-C, Lindtner O, Moldeus P, Mosesso P, Oskarsson A, Parent-Massin D, Stankovic I, Waalkens-Berendsen I, Woutersen RA, Wright M, Younes M, Brimer L, Altieri A, Christodoulidou A, Lodi F, Dusemund B). 2017. Scientific opinion on the re-evaluation of lecithins (E 322) as a food additive, EFSA Journal,15( 4), 4742 ; doi:10.2903/j.efsa.2017.4742; https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.2903/j.efsa.2017.4742, last access 2020-05-21.

Encyclopedia Britannica. 2020. Lecithin, https://www.britannica.com/science/lecithin, last access 2020-05-21.

European Parliament. 1995. Directive. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:31995L0002&from=EN, , last access 2020-05-21.

ILPS. 2020. http://ilps.org/, last access 2020-05-21.

IUPAC. 1972. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units, Appendix II: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry, Pure and Applied Chemistry, 31, 577-612.

IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Online version (2019-) created by S. J. Chalk. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook.

JECFA. 1993. Lecithin, http://www.fao.org/fileadmin/user_upload/jecfa_additives/docs/monograph4/additive-250-m4.pdf, last access 2020-05-21.

Scholfield CR, Dutton HJ, Dimler RJ. 1952. Carbohydrate constituents of soybean “lecithin.” Journal of the American Oil Chemists’ Society, 29 (7), 293–298.

Shurtleff W, Aoyagi A. 2016. History of lecithin and phospholipids (1850 to 2016): Extensively annotated bibliography and source book, Soyinfo Center, Lafayette, California.

Szuhaj BF (ed.). 1989. Lecithins: Sources, Manufacture & Uses, American Chemists Society, Fort Wayne, Indiana

Wareing M. 2005, The Cook's Book: Recipes and Step-by-Step Techniques from Top Chefs, DK Publishing, Copenhagen, Denmark.

Whitehurst R.J. 2004, Emulsifiers in Food Technology, Blackwell Publishing Ltd.

Wunderlich L, Szarka A. 2014. A biokémia alapjai, Typotex Kiadó, Budapest.




Les répertoires de connaissances et de compétences


Les répertoires de connaissances de compétences, ou RCC : de quoi s'agit-il ?
Je conseille très vivement aux étudiants d'entamer, s'ils n'en ont pas, ou de tenir un "répertoire de connaissances et de compétences", ou RCC.

De quoi s'agit-il ? C'est une liste (dans un fichier texte) où l'on répertorie toutes les connaissances et les compétences que l'on a, à mesure que l'on apprend et que l'on apprend à faire. Tout !

Cela a plusieurs intérêts mais notamment celui de s'assurer que l'on sait bien ce que l'on croit savoir, que l'on sait faire ce que l'on croit savoir faire.

Mais il y a d'autres intérêts, comme de ne pas  d'oublier ce que l'on sait, et, surtout, de  mieux le savoir.
Supposons que l'on ait étudié le  potentiel chimique. Si l'on déclare  connaitre le potentiel chimique, alors le fait de se déclarer à soi-même que l'on sait ce qu'est le potentiel chimique permet de mieux le savoir...  à condition d'être honnête avec soi-même bien évidemment.
Même chose pour les compétences. Par exemple, si on déclare que l'on est capable le calculer le pH d'un acide faible, c'est sans doute parce qu'on l'a calculé, et qu'on se sent capable de déclarer qu'on saura le calculer  à l'avenir

Évidemment, ce qui vaut pour soi vaut pour les autres : ayant constitué un tel  RCC, on pourra le présenter utilement à un futur employeur, car si ce dernier a des besoins d'analyse par spectroscopie UV visible, par exemple, alors il verra la présence ou non, dans le RCC, de cette compétence.

Pendant les études elle-même, on aura intérêt de faire évoluer ce RR en le confrontant aux  "référentiel" des études que l'on fait. D'ailleurs, toute nouvelle année universitaire devrait commencer par la création de lignes vides dans ce répertoire, avec l'objectif, au cours de l'année, de les remplir une à une.
Cela a pour conséquence que je réclame de mes collègues enseignants qu'ils fassent des référentiels précis, et non pas des paragraphes bâclé comme on en trouve hélas trop souvent dans les sites universitaires.
Après tout, s'il y a un contrat avec les étudiants, autant qu'il soit clair
 de notre côté, car sinon, comment réclamer de la clarté et de la rigueur du leur ?