Dossier TPE-1

LA MATURATION DES FRUITS
Sommaire
1. Fruits climactériques et non climactériques …………………............................p.2
1.1 Un fruit climactérique, la banane…………………………………………p.3
1.2 Un fruit non climactérique, l'orange…………………………………….p.3
2. Les facteurs de la maturation d'un fruit……………………………………………p.4
2.1 Le facteur interne de la maturation, l'éthylène…………………….p.4
2.2 Les facteurs externes de la maturation………………………………..p.5
3. Les conséquences de la maturation ………………………………………………….p.10
3.1 Les changements subis par le fruit……………………..........................p.10
3.2 L'évolution de de l'amidon et de l'acidité…………………………….p.12
3.3 Les conséquences de la maturation selon nos expériences…..p.13
Conclusion……………………………………………………………………………………. ……p.14
Bibliographie……………………………………………………………………………………...p.15
Annexes..................................................................................................................................p.16
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LA MATURATION DES FRUITS
Introduction
Un fruit atteint sa maturite lorsqu'il se de tache naturellement du ve ge tal qui l'a produit
ou bien lorsqu'il libe re ses graines. La maturation des fruits est un ensemble de transformations
biochimiques et structurales conduisant un fruit, qui est apte a mu rir, a son mu rissement. Elle
de bute au niveau de quelques cellules du fruit par la production d’e thyle ne et se propage
ensuite de cellule en cellule jusqu'a s’e tendre au fruit entier. Cependant cette pe riode est
e phe me re, ce qui oblige les professionnels a trouver de nouvelles me thodes, pour ame liorer la
dure e de conservation des fruits.
Nous avons approfondi la question suivante : comment acce le rer ou ralentir la maturation d'un
fruit ?
Pour y re pondre nous introduirons la diffe rence entre un fruit climacte rique et un fruit non
climacte rique. Ensuite nous aborderons les diffe rents facteurs de maturation (les facteurs
internes et externes). Pour finir, dans une troisie me partie, nous analyserons les conse quences
de cette maturation, en commençant par les changements ge ne raux et ensuite voir les re sultats
obtenus a l’aide de nos expe riences.
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1. Fruits climactériques et non climactériques
1.1 Un fruit climactérique, la banane
Un fruit est dit climacte rique si sa maturation est en lien avec l'e thyle ne (agissant comme
hormone ve ge tale) et associe e a une augmentation de la respiration cellulaire de ses tissus. Les
fruits climacte riques les plus connus sont la banane, la pomme, la tomate ou encore l'avocat.
Les fruits climacte riques re colte s trop to t ne mu rissent pas, ce n'est qu’a partir d’un certain
stade durant leur de veloppement qu'ils peuvent commencer leur maturation.
Nous avons choisi d'e tudier la maturation de la banane comme fruit climacte rique car
c'est un fruit accessible toute l'anne e et peu cou teux. De plus, nous pouvons observer l'impact
de sa maturation sur sa peau.
La banane de teste le froid et ge le a partir de 12°C. Elle est compose e de 75 % d'eau, de 23 % de
glucides (dont amidon, sucre et fibre alimentaire), de 1 % de prote ines et de 1 % de lipides et
cendres totales. Sa peau contient de l’e thyle ne, dont la production entraî ne un pic respiratoire
aussi appele crise climacte rique (augmentation de la respiration cellulaire).
Document 1 : Sche ma d’une coupe de banane
Document 2 : Pic respiratoire de la banane
1.2 Un fruit non climactérique, l'orange
Les fruits non climacte riques sont des fruits insensibles a l'e thyle ne et dont la
maturation n'est pas associe e a une augmentation de la respiration de leurs tissus. Les fruits
non climacte riques les plus connus sont les agrumes, les raisins, les fraises ou les cerises.
Notre choix s’est porte sur la maturation de l'orange, comme fruit non climacte rique car il est
accessible toute l'anne e et peu cou teux.
L’orange est compose e a 87% d'eau et de 12 % de glucides. Sa peau est e paisse, rugueuse, et
posse de du sucre. Elle est constitue e de l'e picarpe (le zeste) qui contient de nombreuses
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glandes a essences, du me socarpe blanc qui a une consistance spongieuse et de l'endocarpe. Cet
agrume posse de des acides organiques naturels (citrique et malique) et contient des pe pins.
Document 3 : Sche ma d’une coupe d’orange
Document 4 : Respiration de l'orange
Finalement la maturation ne concerne que certains fruits dits climacte riques. Plusieurs
facteurs influent sur cette maturation.
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2. Les facteurs de la maturation d'un fruit
2.1 Le facteur interne de la maturation, l'éthylène
L’e thyle ne ou e the ne, de formule brute C2H4 et semi-de veloppe e CH2=CH2, est une
hormone ve ge tale. Une hormone est une substance biologique produite par des tissus, elle a
pour ro le de modifier certains organes ou processus. Certaines hormones exercent une
influence sur la croissance cellulaire, comme ici l'e thyle ne influence la maturation des fruits
climacte riques. Cette mole cule permet le mu rissement du fruit, me me de tache de l'arbre. La
production d'e thyle ne entraî ne un pic respiratoire appele la crise climacte rique.
C'est un gaz incolore et volatil, qui a une densite proche de l'air avec lequel il forme des
me langes explosifs. Il est inflammable, toxique, irritant, sensibilisant, et sous pression.
La maturation d'un fruit climacte rique s'enclenche lorsque celui-ci acquiert la
compe tence a mu rir, c'est-a -dire qu'il est capable de synthe tiser l'e thyle ne. L'e thyle ne produit
envoie un signal qui aboutit a l'expression d'ARNm. L'ARN (Acide Ribo-Nucle ique) messager
de termine la prote ine synthe tise e (les enzymes) et fait le lien entre l'ADN pre sent dans le noyau
et les prote ines qui sont dans le cytoplasme. Il est compose d'une seule se quence de nucle otides
comple mentaire a l'un des brins de l'ADN. C'est une mole cule compose e d’une partie des
se quences codantes de l'ADN d'un ge ne.
Les enzymes produites entraî nent alors la synthe se de pigments et d'aro mes, la de gradation de
la paroi ainsi que la synthe se d'enzymes qui permettront ensuite la production autocatalytique
de l'e thyle ne.
Cette production autocatalytique d'e thyle ne signifie que l'e thyle ne ou le catalyseur (l'espe ce
chimique qui permet la mise en œuvre de l'acce le ration de la re action chimique) fait partie des
produits de la re action, le mu rissement.
De ce fait, la maturation du fruit forme une boucle ou la production d'e thyle ne est constante.
(annexe 1 et 2)
Notre expe rience consiste a mettre une orange et une banane dans deux boî tes en
plastique se pare es, avec deux pommes non traite es, pendant 16 jours. Cette de marche ayant
pour but de ve rifier si l’e thyle ne produit par les pommes modifie la maturite des fruits.
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2.2 Les facteurs externes de la maturation
La tempe rature
La tempe rature joue un ro le dans la maturation du fruit puisque le froid permet aux
fruits de se conserver plus longtemps. En effet les enzymes, responsables de la maturation du
fruit, deviennent moins actives voire inactives a des tempe ratures infe rieures a 4°C.
Document 5 : Sche ma du fonctionnement d'une enzyme
Une enzyme est une mole cule prote ique permettant d'acce le rer une re action chimique,
elle est a l'origine des re actions enzymatiques. Les mole cules qui se lient au site actif de
l'enzyme pour apre s e tre transforme es en un ou plusieurs produits sont appele es les substrats.
Le site actif d'une enzyme est un site particulier de la mole cule ayant la forme d'une cavite
comme l'illustre le document 5.
Notre expe rience a une tempe rature basse consiste a mettre une orange et une banane
18 jours dans une boî te mise au re frige rateur, afin de voir leurs re actions au contact du froid.
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Notre expe rience a une tempe rature ambiante consiste a mettre une orange et une banane dans
un milieu ambiant (salle de classe), pendant 18 jours. Ces fruits feront office de fruits te moins.
L'atmosphe re
L'atmosphe re est un facteur de la maturation d'un fruit. Nous voulions voir la re action
d'un fruit prive d'air, d'ou nos expe riences sur l'air. Cependant, les expe riences n'e tant pas
concluantes, nous avons cible nos recherches sur le CO2. Il empe che la production de l'e thyle ne,
ce qui ralentit la maturation du fruit.
Notre expe rience sur l’air consiste a mettre une orange et une banane sous vide, a l'aide
d'un sac d'aspirateur pendant 16 jours, afin de voir les changements des fruits en l'absence de
contact avec l'air.
Notre expe rience sur le dioxyde de carbone (CO2) consiste a placer une orange et une
banane dans une boî te herme tique pendant 14 jours. Pour ensuite allumer une bougie dans
cette boî te, que celle-ci s'e teigne et que le CO2 remplace l'O2.
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La luminosite
La lumie re augmente le me tabolisme de la plante car elle active le processus de la
photosynthe se. C'est-a -dire que gra ce a l'e nergie lumineuse, du glucose est cre e . En effet, six
mole cules de dioxyde de carbone et six mole cules d'eau rela chent six mole cules de dioxyge ne
et synthe tisent une mole cule de glucose gra ce a l'e nergie reçue.
6 CO2 + 6 H2O + e nergie lumineuse → C6H12O6 (glucose) + 6 O2
Notre expe rience sous une lampe blanche consiste a mettre une banane et une orange
sous une lampe blanche pendant 18 jours, afin de voir leurs re actions face a une lumie re
constante.
Notre expe rience dans l’obscurite consiste a mettre une banane et une orange dans deux
boî tes a chaussures se pare es pour les priver de lumie re pendant 18 jours.
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L'humidite
Un fruit perd de l'eau en murissant, l'humidite pourrait donc maintenir un taux d'eau
constant dans les fruits qui sont compose s majoritairement d'eau.
Notre expe rience dans un milieu humide consiste a mettre une orange et une banane
dans deux cristallins diffe rents a moitie remplis d'eau. Les fruits reposant sur un verre pour
qu’ils ne soient pas en contact direct avec l’eau pendant 18 jours. Ceci afin de voir si l’humidite
a un quelconque impact sur la maturite de l'orange et de la banane.
Notre expe rience sur un milieu sec consiste a mettre une banane, une orange et deux
craies (matie re absorbante) dans deux boî tes en plastique ferme e diffe rentes pendant 16 jours,
afin de voir si un milieu sec a un ro le sur la maturite du fruit.
Finalement de nombreux facteurs, que ce soit interne (l’e thyle ne) ou externes (la
tempe rature, l'atmosphe re, la luminosite et l'humidite ) permettent la maturation d'un fruit.
Cependant ils sont aussi la cause de plusieurs changements subis par le fruit sur son aspect et
sa forme.
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3. Les conséquences de la maturation
3.1 Les changements subis par le fruit
La couleur
La couleur verte de la banane est due a un pigment : la chlorophylle. C'est une mole cule
trouve e dans les plantes qui permet de capter l'e nergie lumineuse, en l'occurrence celle du
Soleil dans la nature. Elle disparaî t au cours de la maturation, laissant place a d'autres
pigments, les carote noî des et les anthocyanes. Tout cela est du a des transformations
chimiques qui s'accomplissent en fonction de la tempe rature, de l'intensite lumineuse et de la
teneur en oxyge ne et en gaz carbonique des tissus du fruit.
Document 6 : Couleurs de la banane
Document 7 : Chlorophylle observe e au microscope
La saveur
La mole cule d'amidon est compose e de mole cules de glucose enchaî ne es les unes aux
autres. L'enzyme glucose-1-phosphate adenylyltransferase coupe l'amidon a l'inte rieur de ces
chaî nes, libe rant des mole cules de maltose, de rive du glucose. Cette re action est appele e
hydrolyse de l'amidon dont la formule est C6H10O5 + H20 → C6H1206. Hydrolyser revient a
de composer chimiquement les mole cules d'un corps par fixation d'eau.
Ainsi il se produit une accumulation de sucres puisque l'amidon est transforme en glucose.
(annexe 3)
L’odeur
Des compose s volatils se produisent lors de la maturation des fruits. Ces gaz sont a
l'origine de l'odeur plus ou moins prononce e. Concernant la banane, plus de 300 corps ont e te
de cele s. De plus, l'action des enzymes permet la synthe se de l'aro me ace tate d'isoamyle de
banane, ce qui accentue son odeur caracte ristique.
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La jutosite
La jutosite de la banane est due a la chute de la teneur en acides organiques et en amidon.
Un acide organique est un compose organique pre sentant des proprie te s acides, c'est-a -dire
capable de libe rer un cation (ion charge positivement) H + , ou H 3 O + en milieux aqueux.
La texture
La texture du fruit est due a diffe rents facteurs comme la taille, la forme des cellules, le
volume intercellulaire, l'inte grite ou l'e paisseur de la paroi cellulaire.
Tout d'abord le ramollissement d'un fruit est du a la de gradation enzymatique. Certaines
enzymes actives dans la paroi cellulaire entraî nent sa de gradation qui conduit a un
ramollissement de la texture du fruit. En effet, la paroi cellulaire est l'organite de la cellule
responsable de la protection et de la rigidite de celle-ci.
De plus, la solubilisation des prote ines (les pectines) pre sentes dans la paroi cellulaire
de la banane sont une autre cause de la fermete du fruit. En effet, cette fermete re sulte de la
synthe se chimique de ces prote ines implique es dans le rela chement de la paroi. Les compose s
pectiques e tant solubles, visent pendant la maturation a hydrolyser les composants de la paroi,
ce qui la ramollit. Les pectines sont sous forme de chaî nes : plus elles sont longues, plus le fruit
est dur.
Document 8 : Exemple d’une chaî ne de pectines
Finalement diffe rentes caracte ristiques sont modifie es au cours de la maturation d’un
fruit climacte rique. Sa couleur change par la disparition de la chlorophylle au profit d'autres
pigments. La saveur e volue puisque le taux de glucose augmente et le taux d'amidon diminue.
De plus, la de gradation de la paroi cellulaire entraî ne un changement de texture, et l'odeur est
plus forte suite a la production de compose s volatils et d'aro mes. Enfin, la jutosite augmente
suite a la diminution de l'amidon et des acides organiques. (annexe 4)
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3.2 L'évolution de de l'amidon et de l'acidité
L'e volution de l'amidon
Apre s avoir re alise toutes nos expe riences, nous avons fait le test de l'eau iode e qui
indique la pre sence d'amidon dans la banane. Cela nous a permis de constater son e volution
suivant les expe riences. La formule chimique de l'eau iode e e tant C6H10O5.
Nous avons ouvert la banane et avons enleve sa peau puis nous avons de pose quelques
gouttes d'eau iode e sur sa chair.
Lorsqu'une coloration bleue apparait, le taux d'amidon est tre s e leve . Nous avons associe cela
au fait que la banane soit peu mu re. Cela a e te le cas pour nos expe riences dans le re frige rateur
et dans le milieu ou le CO2 avait remplace l'O2.
Lorsqu'il y a une coloration claire, le taux d'amidon est plus faible. Cela signifie que la banane
est tre s mu re. Cela a e te le cas pour nos expe riences dans le reste de nos expe riences.
L'e volution de l'acidite
Pour estimer l'acidite des oranges, nous avons effectue un test du pH gra ce au papier pH,
qui est un papier imbibe d'un indicateur universel. E tant donne qu'il est compose de plusieurs
indicateurs qui de tectent chimiquement la pre sence d'ion hydronium (H3O + ), il donne un
changement graduel de couleur selon la valeur du pH.
Nous avons ouvert l'orange et pris une goutte de son jus que nous avons de pose e sur le
papier. La couleur obtenue nous permet de de duire le pH du jus de l'orange.
Lorsque le pH est compris entre 1 et 3, le jus de l'orange est le plus acide. L’orange te moin et
celles place es dans un milieu humide et froid ont un pH correspondant a cet intervalle.
Lorsque le pH est compris entre 4 et 6, le jus de l'orange est moins acide. Les oranges place es
sous une lumie re constante, sous vide, en pre sence de beaucoup d'e thyle ne et dans des milieux
secs et obscures correspondent a cette configuration.
L’oxydation des acides contenus dans les fruits, comme le citrate des agrumes, entraî ne
une diminution de l’acidite de ces fruits. Ils sont utilise s dans les combustions cellulaires ou
transforme s en sucres par de carboxylation (re action au cours de laquelle une mole cule de gaz
carbonique (CO2) est e limine e d'une mole cule organique) ou encore comme pre curseurs pour
les prote ines. Le changement d'acidite des oranges n'est donc pas du a leur maturite du fruit
mais a sa de gradation suivant son milieu. Et ainsi, un lien est e tabli entre le fait que l'orange soit
moins acide et le fait qu'elle soit plus sucre e.
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3.3 Les conséquences de la maturation selon nos expériences
Observations de nos expe riences sur l'orange
Couleur
Texture
Odeur
Saveur
Humide Lumineux Obscure Sec Froid
Sous
vide
Fort en
e thyle ne
Moisissure X X
Inchange e X X X X X X X
Ferme X X X X X X X
Molle X X
Subtile
X
Prononce e X X X X X X X X
Sucre X X X X X X
Amer X X X
Fort
en
CO2
Te moin
Observations de nos expe riences sur la banane
Couleur
Texture
Odeur
Saveur
Humide Lumineux Obscure Sec Froid
Sous
vide
Fort en
e thyle ne
Noire X X X X
Tachete e X X X X X
Ferme X X
Molle X X X X X X X
Subtile X X X
Prononce e X X X X X X
Moins sucre e X X
Fort
en
CO2
Te moin
Plus sucre e X X X X X X X
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LA MATURATION DES FRUITS
Conclusion
Finalement, nous avons constate une diffe rence majeure entre les fruits : certains sont
climacte riques ou et d’autres non climacte riques. Cette caracte ristique est primordiale a la
compre hension de leur maturation puisque seuls les fruits climacte riques peuvent mu rir une
fois de tache s de l’arbre. Diffe rents facteurs jouent un ro le dans ce processus, qu’ils soient
internes ou externes. Nous pouvons nommer l'e thyle ne, la tempe rature, le dioxyde de carbone,
l'humidite ou encore la lumie re blanche. Au cours de la maturation, le fruit subit cinq principaux
changements concernant sa couleur, sa fermete , son odeur, sa saveur et sa jutosite .
A la suite de nos expe riences, nous pouvons de duire certaines solutions afin de ge rer la
maturation du fruit. Pour l’acce le rer, il est ne cessaire de le mettre a proximite de fruits
climacte riques afin de cre er un milieu fort en e thyle ne, d’augmenter la tempe rature et d’ae rer
son lieu de conservation afin de disposer d’un milieu riche en dioxyge ne. A contrario, si l’on
souhaite ralentir la maturation, il s’agira de faire l’exact oppose . C’est-a -dire d’isoler le fruit
d’autres fruits climacte riques, de re duire la tempe rature ambiante ainsi que l’ae ration de son
milieu, afin de cre er un milieu riche en dioxyde de carbone.
Ainsi, nous pouvons contro ler la maturation des fruits gra ce a des gestes simples et
re alisables au quotidien. Ces informations sont malheureusement inconnues pour beaucoup, et
aideraient a re duire conside rablement le gaspillage alimentaire. Alors qu’un tiers des aliments
produits chaque anne e sur notre plane te sont jete es ou perdues, ce sujet repre sente
ine vitablement un proble me majeur de notre e re.
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LA MATURATION DES FRUITS
Bibliographie
I – De finitions
Catalyse : http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-catalyse-1992/
Re action autocatalytique : https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_autocatalytique
Pic respiratoire : http://toutsavoirsurlabanane.e-monsite.com/pages/ethylene-et-maturation/la-banane-un-fruitclimacterique.html
Fruit climacte rique : http://pontsaintesprit-lesjardinsdemax.over-blog.com/article-fruits-climacteriques-definition-
86879738.html et https://fr.wikipedia.org/wiki/Fruit_climact%C3%A9rique
De carboxylation : http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-decarboxylation-705/
Climacte rique : http://www.futura-sciences.com/planete/definitions/botanique-climacterique-6307/
Catalyseur : http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-catalyseur-676/
Chlorophylle : https://www.aquaportail.com/definition-1561-chlorophylle.html
Enzyme : http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-enzyme-710/
Photosynthe se : http://www.futura-sciences.com/planete/definitions/botanique-photosynthese-227/
II - Documents
Annexe 2 : http://www.nathan.fr/feuilletage/?isbn=9782091722894
Document 2 : https://i.skyrock.net/2756/75762756/pics/2969370947_1_7_c6IANU2d.jpg
Document 4 : https://i.skyrock.net/2756/75762756/pics/2969370947_1_5_tJ0t9Wos.jpg
Document 5 : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/52/KinEnzym01.svg/300px-KinEnzym01.svg.png
Document 6 : https://luniversdezoe.files.wordpress.com/2015/02/c3a9vol-banane.jpg?w=328&h=246
Document 7 : https://www.aquaportail.com/definition-1561-chlorophylle.html
Sche ma bilan du processus de maturation : http://bananaonline.weebly.com/uploads/2/6/6/0/26604763/4704176.jpg?958
Diaporama synthe se des prote ines : http://www.lyceebourcefranc.fr/documentsProf/document-290.pdf
III – Textes
Ethyle ne : http://www.natures-paul-keirn.com/article-comment-faire-murir-les-fruits-52163034.html
Bioe thanol : http://tpe-biocarburants-ampere.site11.com/bioethanol.php
Changements au cours de la maturation : http://www.labananechange.fr/#section-nouvelle-recette
Physiologie de la maturation des fruits : http://www.academia.edu/4173919/Physiologie_de_maturation_des_fruits
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LA MATURATION DES FRUITS
Annexes
Annexe 1 : Sche ma re capitulatif de la maturation de la banane
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Annexe 2 : Une synthe se prote ique en deux e tapes
Annexe 3 : Taux de saccharose et d'amidon en fonction du stade de maturite de la banane
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LA MATURATION DES FRUITS
Annexe 4 : Sche ma bilan des changements de la banane lors de la maturation
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