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Conservateurs naturels
Ces conservateurs apparus avant la naissance de l’industrie chimique sont encore utilisés de nos jours, parfois pour leurs caractéristiques gustatives. Ils peuvent être sous différentes formes :
– Liquide : l’alcool, le vinaigre, l’huile ;
– Solide : le sel à sec (salaison) ou en saumure (saumurage), le sucre (sucrage), la graisse ;
– Gazeuse : la fumée…
Conservateurs chimiques de synthèse
Substances classées comme additifs alimentaires, ils sont souvent issues de l’industrie chimique. Les agents de conservation chimiques sont définis dans le Code de conduite Fédérale de Réglementation (CFR) de la US Food and Drug Administration (FDA) comme «tout produit chimique qui, ajouté aux aliments, tend à prévenir ou à retarder leur détérioration, mais n’inclut pas le sel, les sucres, les vinaigres, les épices ou huiles extraites d’épices, substances ajoutées aux aliments par exposition à la fumée de bois ou à des produits chimiques appliqués insecticides ou herbicides».
La FAO / OMS a établi une classification basée sur l’action et la fonction des conservateurs. La FDA, quant-à-elle, classe les conservateurs selon leur fonction (Mani-López et al. 2016).
Cependant, la classification la plus communément rapportée dans la littérature est basée sur leur structure chimique. Les conservateurs sont classés comme suit (Salebot 2018).
Substances minérales
– Nitrates et nitrites (E249-E252) ;
– Sulfites (E221-E228) ;
– Anhydride sulfureux (E220) ;
– Peroxyde d’hydrogène.
Substances organiques
– Acide sorbique (E200) ;
– Acide benzoïque (E210) ;
– Acide fumarique (E297) ;
– Erythorbate de sodium (E316) ;
– Parabènes (E214-E219) ;
– Dicarbonate de diméthyle (E242).
Rôle des conservateurs
Les conservateurs alimentaires sont utilisés pour garantir la sécurité et éviter la perte de qualité résultant de réactions microbiennes, physico-chimiques ou enzymatiques. Les propriétés antimicrobiennes des conservateurs dépendent de plusieurs facteurs tels que les propriétés physicochimiques, la concentration et le mécanisme d’action.
Concrètement, un conservateur est une substance qui prolonge la durée de conservation des aliments en les protégeant des altérations dues aux micro-organismes (García-García and Searle 2016).
Ainsi, ils luttent contre les moisissures et empêchent les contaminations des aliments par les bactéries. De ce fait, ils nous protègent des intoxications alimentaires en préservant les qualités sanitaires et gustatives des aliments.
La FDA inclut dans sa liste de conservateurs alimentaires des composés avec différents rôles: des agents préventifs, des agents de rétention, ainsi que des agents antimicrobiens. Seulement deux classes fonctionnelles de conservateurs sont clairement définies par l’agence : les antioxydants et les agents antimicrobiens.
Les antioxydants sont des «substances utilisées pour conserver les aliments, retarder la détérioration, le rancissement ou la décoloration dus à l’oxydation» (Carocho et al. 2018).
Les agents antimicrobiens sont des «Substances utilisées pour conserver les aliments en empêchant la croissance des micro-organismes et leur détérioration ultérieure, y compris les fongistats, les inhibiteurs de moisissure » (Mani-López et al. 2016).
Règlementation
Les principaux additifs dans le monde sont réglementés par l’Autorité Européenne de Sécurité des Aliments (EFSA) dans l’Union européenne (UE), le Food and Drug administration (FDA) aux États-Unis et la Commission du Codex Alimentarius à travers le Comité mixte d’experts de l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture / Organisation Mondiale de la Santé sur les additifs alimentaires (JECFA).
Le Comité du Codex sur les Additifs Alimentaires et les Contaminants (CCFAC) a mis au point un Système International de Numérotation pour les additifs alimentaires (SIN) en vue de fournir un système numérique de type Exxx, internationalement reconnu, permettant l’identification des additifs alimentaires dans les listes d’ingrédients, en lieu et place de la déclaration du nom spécifique qui est souvent assez longue et d’une structure chimique complexe (Lau and Wong 2018).
Chaque additif est désigné par un code utilisant une lettre indiquant sa provenance (E pour la Communauté Européenne, A pour les Etats-Unis) suivie de trois chiffres indiquant sa nature (Sambe 2010).
La gamme de numéros E affectés à la classe des «conservateurs» est comprise entre 200 et 299. Le lysozyme (E1105), est également inclus dans la liste des agents de conservation approuvés (Tableau I) (Kafka and von Alvensleben, 1998).
Risques liés aux conservateurs alimentaires
La plupart des conservateurs utilisés de nos jours sont des conservateurs artificiels (Kafka and von Alvensleben 1998) et la quantité ajoutée de chaque additif est calculée pour chaque produit alimentaire de sorte que la consommation quotidienne globale par un individu ne dépasse pas le niveau acceptable recommandé de la dose journalière admissible (DJA), qui est la quantité consommée quotidiennement sans risque appréciable pour la santé. L’utilisation des additifs, seuls ou en combinaison, est soumise à des contrôles rigoureux dans un nombre limité d’aliments de sorte que seule une quantité minimale soit appliquée pour obtenir l’effet souhaité. Les limites de tolérance varient d’un pays à l’autre pays (Lau and Wong).
2018). Ils font l’objet d’une évaluation toxicologique particulièrement approfondie avant d’être autorisés à être utilisés dans une denrée alimentaire. L’examen des données toxicologiques par les divers organismes nationaux et internationaux, la détermination de la dose journalière admissible (DJA) et les propositions de critère de pureté constituent les étapes principales pour leurs emplois (Béatrice 2009). Les agents de conservation artificiels sont généralement considérés comme sûrs mais certains d’entre eux ont des effets secondaires potentiels.
Les nitrates, lors de l’ingestion, sont convertis en nitrites pouvant réagir avec l’hémoglobine et produire de la méthémoglobine, une substance qui entraine la perte de conscience et la mort, en particulier chez les nourrissons. Les protéines dans l’estomac réagissent avec les nitrites et produisent des nitrosamines, substances qui sont cancérogènes. Les chercheurs affirment qu’il existe un lien substantiel entre l’augmentation des niveaux de nitrates dans la nourriture et l’augmentation du nombre de décès dus aux maladies telles que Alzheimer, Parkinson et diabète de type 2.
Mal de tête, transpiration, rougeur de la peau, nausée et faiblesse peuvent se produire après la consommation d’aliments contenant du glutamate monosodique (MSG).
Les conservateurs contenant des sulfites peuvent causer des réactions allergiques graves entrainant une exacerbation de l’asthme de même que des épisodes de maux de tête (Amato et al. 2017).
Les produits chimiques toxiques à base de parabène sont souvent utilisés avec la méthylchloroisothiazolinone et la méthylisothiazoline. Ceux-ci sont susceptibles de causer des dommages neurologiques chez le rat et sont de puissants irritants et des allergènes. L’utilisation de ces produits chimiques toxiques par les femmes enceintes peut nuire au cerveau du fœtus en développement.
Le formaldéhyde du DMDM hydantoïne ou 1,3-Dimethylol-5,5-dimethylhydantoin Glydant (est un conservateur antimicrobien libérant du formaldéhyde et portant le nom commercial Glydant), le diazolidinylurée et l’imidazolidinyl urée sont tous de puissants irritants pour la peau, les yeux et les poumons. Des niveaux élevés de l’exposition à des toxines comme celles-ci peut endommager l’ADN du spermatozoïde. Des etudes ont montré que les additifs alimentaires utilisés dans de centaines aliments et boissons pour enfants peuvent provoquer des crises de colère et un comportement perturbateur (Kafka and von Alvensleben 1998).
Dans le nouveau guide des additifs, 338 additifs sont classés par couleur en quatre catégories sur la base des dernières études scientifiques (Tableau III):
– Rouge : ceux qu’il vaut mieux éviter d’une manière générale;
– Orange : ceux qu’il est conseillé d’éviter dans certaines conditions;
– Gris : ceux pour lesquels les informations manquent;
– Vert : ceux qui ne présentent pas de risques connus.
Sur les 338 additifs 90 posent problèmes. Si leur consommation occasionnelle, à dose faible, est probablement peu risquée, il est conseillé d’éviter de les consommer régulièrement ou à des doses élevées. Ils pourraient alors entraîner des problèmes comme des troubles du comportement, des atteintes cellulaires, une altération de la flore intestinale, voire des cancers et des maladies cardiovasculaires (Loannidis 2018).
Présentation de l’acide benzoïque
Propriétés physicochimiques
C’est un acide carboxylique aromatique dérivé du benzène de formule brute C6H5COOH. Il se présente sous la forme de cristaux blancs avec un poids moléculaire de 122,13.Son point de fusion se situe à 122,4 ºC, son point d’ébullition à 249,2 ºC et son pKa = 4,19 à 25 ºC. Il est faiblement soluble dans l’eau (0,29 g dans 100 ml à 20 ºC), soluble dans les solvants organiques comme l’éther éthylique, le cyclohexane ou le dichlorométhane mais légèrement soluble dans le benzène, et l’acétone (del Olmo et al. 2017) .
Origine
L’acide benzoïque encore appelé acide phénylformique, carboxybenzène, acide phénylcarboxylique, ou acide benzène-carboxylique a une origine naturelle ou industrielle.
Origine naturelle
L’acide benzoïque est obtenu à l’origine par sublimation du benjoin auquel il doit son nom. Le benjoin est la résine balsamique de diverses plantes du genre Styrax utilisé comme agent aromatisant, fixateur et qui contient jusqu’à 20% d’acide benzoïque. Il est retrouvé également dans le castoréum qui est l’exsudat des sacs glandes odoriférantes du castor, utilisés en parfumerie, dans les médicaments et les aliments comme arômes naturels (del Olmo et al. 2017). L’acide benzoïque est naturellement présent dans la propolis (sous-produit du miel) en petite quantité (0,05%) dans certains fruits (baies, myrtilles, airelles, …), les clous de girofle…
Origine synthetique
L’oxydation du toluène, de l’alcool benzylique ou du benzaldéhyde par le permanganate de potassium produit de l’acide benzoïque. Il peut être obtenu par l’hydrolyse d’un composé de même niveau d’oxydation que lui (par exemple à partir du benzonitrile ou du benzamide). L’obtention peut se faire aussi par réaction du dioxyde de carbone du réactif de Grignard.
Le schéma réactionnel ci-dessous montre par exemple l’obtention de l’acide benzoïque à partir du bromobenzène.
Utilisation
L’acide benzoïque est un conservateur utilisé dans de nombreux produits cosmétiques et pharmaceutiques. Il est aussi souvent utilisé comme conservateur dans certains aliments tels que les jus de fruits, les boissons sucrées, les confitures, la margarine de cuisson, les légumes, les marinades, les poissons marinés, les produits laitiers, la gomme à mâcher, la crème glacée, les épices, les liqueurs, les bonbons et les succédanés du sucre. Son activité antimicrobienne dans les aliments est due à la forme non ionisée de l’acide benzoïque, qui est la forme prédominante à des valeurs de pH d’environ 3 ou moins, et qui convient donc exceptionnellement comme conservateurs pour les matrices acides telles que les jus de fruits. L’acide benzoïque et ses sels (benzoate de sodium ou de potassium) sont efficaces contre les levures et à un moindre degré, contre les moisissures. Ils sont peu actifs sur les bactéries mais agissent tout de même sur les bactéries lactiques. Son mécanisme repose sur l’absorption de l’acide benzoïque à travers la membrane cellulaire où la fermentation anaérobie du glucose via la phosphofructokinase qui est réduite (Lau and Wong 2018).
Risques liés à l’utilisation de l’acide benzoïque
L’intolérance aux additifs reste une réalité, bien étayée chez l’adulte, mais plus difficile à prouver chez l’enfant en raison de la lourdeur des explorations qu’il faudrait mettre en œuvre (Bourrier 2006). Il existe, cependant, de nombreux doutes sur l’innocuité de l’acide benzoïque (SYFAB 2016).
Le conservateur E210 est généralement bien absorbé par le corps humain et interagit avec des protéines pour former l’acide hippurique. Selon certains auteurs, E210 peut interagir avec de l’acide ascorbique pour former du benzène libre. Par conséquent, les aliments qui associent les deux, sont à éviter (Tfouni and Toledo 2002).L’acide benzoïque et ses dérivés font partie des allergènes reconnus, pouvant provoquer des crises d’asthme, urticaires et des angio-œdèmes. Les réactions allergiques entraînent une diminution du taux de glycine (un acide aminé) pouvant avoir une influence sur la croissance. Pour les enfants en bas âge, la DJA peut être facilement dépassée. Ce sont aussi des irritants avérés, surtout pour les yeux et la peau, éventuellement responsables de douleurs abdominales, maux de gorge, nausées, vomissements, troubles gastro- intestinaux à fortes doses. Une étude, menée en Grande-Bretagne par une équipe de l’université de Southampton, dirigée par Jim Stevenson et publiée dans The Lancet, met en lumière leur rôle plus que probable dans le syndrome d’hyperactivité des enfants. L’expérience consistait à tester sur deux groupes d’enfants d’âges différents les répercussions de l’absorption de plusieurs additifs par rapport à celle d’un placebo.
Ceux qui ont consommé le mélange contenant de l’acide benzoïque présentaient un niveau d’hyperactivité plus élevé que ceux du groupe placebo. Ils souffriraient de suractivité, d’impulsivité, d’inattention et de difficultés d’apprentissage.
En conséquence, cet additif pourrait perturber des mécanismes dopaminergiques, stimulant le système nerveux (Michel 2012; Wittner 2007).
Le traitement repose sur l’éviction des benzoates par la lecture des étiquettes. De nombreux médicaments d’usage courant contiennent des dérivés de l’acide parahydroxybenzoïque : ce sont les parabènes (E 214 à E 219) obtenus uniquement par synthèse. Ils ne se retrouvent pas dans l’alimentation, mais sont très utilisés en industrie pharmaceutique, beaucoup plus souvent dans les formes sirops et suspensions que dans les formes comprimés (Bourrier 2006).
En attendant, il revient au consommateur de faire jouer le principe de précaution pour son propre compte, et de vérifier, sur l’étiquette, la composition de ses produits (Bearth et al. 2014).
En Russie, il y a une dose définie pour le conservateur E210 dans les aliments. Il ne doit pas dépasser 5 mg / kg. D’après une enquête nationale menée en Belgique sur la consommation alimentaire, l’apport réel d’acide benzoïque est très inférieur à la DJA (Vandevijvere et al. 2009). Les évaluations réalisées dans différents pays ont montré que les apports en acide benzoïque sont inférieurs à la DJA, sauf pour la consommation de benzoates par les enfants espagnols, avec un pourcentage qui était de 28% de la DJA.
Recherche de l’acide benzoïque dans les boissons
L’acide benzoïque est un conservateur couramment utilisé dans l’industrie alimentaire. La directive 95/2/CE de l’Union européenne fixe les limites applicables à l’acide benzoïque à 150 mg L-1 (0,015%). Par conséquent, la détermination de la teneur de l’acide benzoïque dans des échantillons d’aliments est une tâche importante du contrôle de la qualité des aliments.
Malgré des avancées technologiques substantielles dans le domaine analytique, la plupart des instruments ne peuvent pas traiter directement des matrices d’échantillons complexes. Par conséquent, une étape de préparation de l’échantillon est généralement necessaire avant l’analyse instrumentale (Rezaee et al. 2010).
L’objectif principal est de nettoyer et de concentrer les analytes d’intérêt, tout en les mettant sous une forme compatible avec l’approche analytique du système d’analyse.
Extraction liquide-liquide de l’acide benzoïque
Préparation de l’échantillon
Il consiste à introduire 100 ml de Coca cola Light dans une fiole à vide de 500ml. Un bouchon est placé sur l’ouverture de la fiole. Ensuite, il faut préparer un bulleur contenant de l’eau de chaux et le relier à la fiole à vide. Le tout est placé sous vide et agitation pendant environ cinq minutes jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de dégagement gazeux (Grandbois 2009).
Extraction proprement dite
Dans une ampoule à décanter de 100ml, on introduit 50 ml de la solution dégazée précédemment. Le mélange est fait avec 20 ml d’éther éthylique, puis prelever les 30 ml de ce mélange qu’on introduit dans l’ampoule à décanter de 250 ml et y ajouter 10 ml de soude (NaOH). Il faut agiter en ouvrant régulièrement le robinet pour supprimer les surpressions et laisser décanter. La phase aqueuse est récupérée dans un erlenmeyer de 250 ml. Le même procédé est à refaire avec la phase organique et récupérer à chaque fois les phases aqueuses obtenues pour au moins trois extractions.
Le but est d’ajouter doucement et avec précaution, quelques ml d’acide chlorhydrique à 1 mol/L : il se forme un solide blanc, l’acide benzoïque qui cristallise (Figure 5). L’acide chlorhydrique est ajouté jusqu’à ce qu’il ne se forme plus de nouveaux cristaux d’acide benzoïque. Le pH retrouvé est d’environ 1 (domaine de prédominance de l’acide benzoïque) mesuré à l’aide du papier pH (Barilero et al. 2009).
Récupération de l’acide benzoïque
Un papier Wattman (papier filtre circulaire) est placé sur le Büchner après l’avoir imbibé avec un peu de solvant (ici de l’eau distillé) pour qu’il y adhère. Le contenu de l’erlenmeyer y est versé avant l’ouverture de la trompe à eau, les cristaux d’acide benzoïque sont légèrement tamponnés avec un morceau de papier filtre. La trompe à eau est ensuite arrêtée et les cristaux transvasés dans un autre erlenmeyer (Thlidji, 2019).
Purification de l’extrait
Parfois la caractérisation du produit solide indique que des impuretés sont encore présentes (température de fusion trop basse, bande suspecte sur le spectre IR, tâche inattendue sur la plaque de CCM, indice de réfraction différent,). Il convient alors de purifier le produit. La recristallisation consiste à solubiliser à chaud un composé solide impur dans un minimum de solvant dans lequel ce même solide est insoluble à froid. En refroidissant (lentement), le solide recristallise, débarrassé d’une très grande partie des impuretés qui restent, elles, en solution. Un essorage du produit sur Büchner permet alors d’isoler le solide purifié.
Bien qu’étant un acide faible, l’acide benzoïque n’est que peu soluble dans l’eau du fait de la présence du cycle benzénique apolaire. La solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau augmente quand la température augmente. Cette propriété est utilisée pour la purification des produits. Pour ce faire on utilise le montage présenté sur la figure 6.
L’extraction liquide-liquide (ELL) est largement utilisée pour la préparation des échantillons. Néanmoins, la formation d’émulsions, l’utilisation de grands volumes d’échantillons et de solvants organiques toxiques et, par conséquent, la production de grandes quantités de polluants font que la main-d’œuvre est intensive et coûteuse, prend beaucoup de temps et n’est pas respectueuse de l’environnement (Viñas et al. 2014).
Il existe de nouvelles méthodes de préparation d’échantillons miniaturisées combinées avec les techniques chromatographiques et spectrales qui offrent plusieurs avantages : vitesse d’analyse élevée avec une grande efficacité, faibles coûts d’exploitation, très faible consommation de solvants. Parmi celles-ci on peut citer la micro-extraction liquide-liquide dispersive (MELLD) qui a été utilisée pour l’extraction de l’acide benzoïque.
Micro-extraction liquide-liquide dispersive (MELLD)
Description générale
La MELLD est une méthode d’extraction au solvant modifiée dont le rapport de phase accepteur/donateur est fortement réduit par rapport à d’autres méthodes. Cette méthode de traitement d’échantillon représente actuellement 11 % des micro-extractions en phase liquide(Hellé 2014).
La méthode comporte deux étapes :
– Injection d’une dose appropriée de mélange de solvants d’extraction et de dispersion dans un échantillon aqueux contenant les analytes:
Dans cette étape, une solution trouble de fines gouttelettes organiques se forme lorsqu’un mélange d’extraction (non miscible à l’eau) et un solvant dispersif (miscible à l’eau et au solvant d’extraction) est injecté rapidement dans un échantillon en solution aqueuse contenant les analytes. Dans le système de la MELLD, la grande surface de contact entre les fines gouttelettes organiques et l’échantillon accélère les processus de transfert en masse des analytes d’une phase aqueuse à une phase organique, ce qui améliore considérablement la qualité de l’analyse et l’efficacité d’extraction. L’état d’équilibre est rapidement atteint (Rezaee et al. 2006).
– Centrifugation de la solution trouble :
Après centrifugation, la goutte sédimentée est injectée dans le système chromatographique (Garciá-Garciá et al., 2016) ou soumis directement à la mesure à l’aide d’instruments analytiques.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : CONSERVATEURS ALIMENTAIRES
I.1. Définition
I.2. Différents types de conservateurs
I.2.1. Conservateurs naturels
I.2.2. Conservateurs chimiques de synthèse
I.2.2.1. Substances minérales
I.2.2.2. Substances organiques
I.3. Rôle des conservateurs
I.4. Règlementation
I.5. Utilisations alimentaires des conservateurs
I.6. Risques liés aux conservateurs alimentaires
I.7. Principaux conservateurs retrouvés dans les boissons
CHAPITRE II : ANALYSE DE L’ACIDE BENZOIQUE DANS LES BOISSONS NON ALCOOLISEES
II.1. Présentation de l’acide benzoïque
II.1.1. Propriétés physicochimiques
II.1.2. Origine
II.1.2.1. Origine naturelle
II.1.2.2. Origine synthetique
II.1.3. Utilisation
II.1.4. Risques liés à l’utilisation de l’acide benzoïque
II.2. Recherche de l’acide benzoïque dans les boissons
II.2.1. Extraction liquide-liquide de l’acide benzoïque
II.2.1.1. Préparation de l’échantillon
II.2.1.2. Extraction proprement dite
II.2.2. Récupération de l’acide benzoïque
II.2.3. Purification de l’extrait
II.2.4. Micro-extraction liquide-liquide dispersive (MELLD)
II.2.4.1.Description générale
II.2.5. Micro-extraction liquide-liquide dispersive assistée par l’air avec solidification en phase organique (MELLD-AA-SPO)
II.2.6. Micro-extraction liquide-liquide assistée par chauffage (HALLME)
II.3. QUANTIFICATION DE L’ACIDE BENZOÏQUE
II.3.1. Titrimétrie
II.3.2. Potentiométrie
II.3.3. Chromatographie en phase gazeuse (CPG)
II.3.4. Chromatographie Liquide Haute Performance (CLHP)
II.3.5. Chromatographie en couche mince (CCM)
II.3.6. Spectrophotométrie
CONCLUSION
REFERENCES
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