Soutenance mémoire
Les colorants alimentaires sont des substances qui ajoutent ou redonnent de la couleur à des denrées alimentaires, en plus de leurs critères généraux obligatoires en tant qu’additifs. Ils peuvent être utilisés pour rétablir l’aspect initial attrayant d’une denrée altérée au cours de son séjour industriel; améliorer l’attractivité visuelle de la denrée ; colorer des denrées initialement incolores (Règlement CE N°1333/2008). Leur finalité n’étant que d’améliorer une denrée et de la rendre plus agréable à nos yeux, cette classe d’additif est le plus souvent perçue comme superflue pour les consommateurs. Cependant, on ne peut pas ignorer que la vue est le premier sens sollicité lorsqu’il s’agit de choisir ses aliments et que l’être humain attache, malgré lui, une importance capitale à la présentation d’un produit.
Historique
L’histoire des colorants remonte à 1500 avant Jésus Christ (JC). Leur utilisation dans le vin et les produits similaires a été signalée en 300 avant JC. L’utilisation de colorants alimentaires artificiels est devenue courante vers 1850-1900. En 1900, environ 695 colorants alimentaires étaient utilisés dans le monde entier. Comme il n’y avait pas beaucoup de sensibilisation aux effets néfastes des colorants alimentaires synthétiques pendant ces périodes, la plupart d’entre eux n’ont pas été testés pour leurs effets sur la santé humaine. Par exemple, les colorants pour le fromage contiennent de l’oxyde de plomb, ceux utilisés pour les cornichons contiennent du sulfate de cuivre, et les bonbons reçoivent des couleurs différentes en ajoutant divers composés contenant du mercure et du plomb (Dikshit et Tallapragada., 2018). Les Égyptiens et les Romains étaient les premiers à utiliser les colorants naturels, provenant des végétaux, des animaux et des minéraux, dans le but d’augmenter l’envie de manger des produits (Chloé., 2011). Dès le Moyen Age, les colorants ont tenu un rôle plus important et ont permis de rendre des produits visuellement plus beaux qu’ils ne l’étaient naturellement, pour pouvoir mieux les vendre. Jusqu’en 1850, les colorants ont été d’origine naturelle. Ces colorants, pour la plupart organiques provenaient d’extraits d’origine animale ou végétale non habituellement consommés comme aliments. Avant le développement des colorants synthétiques, des extraits minéraux dangereux ont été souvent employés pour colorer les aliments et pour masquer fréquemment la mauvaise qualité de l’aliment. Certaines de ces pratiques trompeuses concernaient notamment la coloration des conserves au vinaigre avec du sulfate de cuivre, du fromage avec le sulfure de mercure (vermillon), du thé avec l’arsénite de potassium….etc. (Issa, 2009). L’emploi de ces dérivés a reculé avec le développement des colorants synthétiques qui sont plus stables et moins chers (Gallen et Pla., 2013). A partir de 1856 le chimiste anglais Willian. Henry. Perkins découvrit le premier colorant artificiel fabriqué chimiquement « la mauvéine ». En 1859 le français Verguin effectua la synthèse de la fuchsine (rouge magenta) à partir de la toluidine. D’autres colorants seront obtenus à partir de ce colorant et en 1882 la jaune quinoléine fut le premier colorant alimentaire à être synthétisé (Chloé., 2011). L’addition des colorants synthétiques aux aliments aux Etats-Unis a été légalisée la première fois pour le beurre en 1886, puis pour le fromage en 1896. Ces colorants synthétiques constituent une classe d’additifs essentielle pour l’industrie alimentaire dans la conquête du marché (Clydesdale., 1993).
En 1912, devant la multiplication des substances proposées, l’idée de la liste positive fait son chemin et est adoptée en France. En 1924, la plus ancienne est la «C.X-Rose Colour Index»; est venue ensuite celle de shültz en 1931 et enfin celle de la D.F.G en 1957. En 1962, de nombreux amendements viennent modifier cette liste, à cause de problèmes toxicologiques, qui entraînent notamment l’interdiction du jaune de beurre et du ponceau 3M. Etant donné l’emploi massif de colorants dans l’alimentation (particulièrement les azoïques) et devant les risques de toxicité qu’ils peuvent engendrer chez l’être humain, les pouvoirs publics se sont attachés à légiférer leur utilisation et à les classifier. Ainsi depuis longtemps, un effort a été consenti dans le but d’établir une classification des différents colorants. En 1963, la CEE propose une liste de colorants qui est adoptée en France. Elle comporte 38 colorants d’origine variée mais dont la pureté est définie. En 1977, et sur recommandation de la CEE, neuf colorants sont retirés de la liste des additifs autorisés, pour cause de dossier toxicologique incomplet (chrysoïne S, jaune solide, orange GGN, orseille, écarlate GN, ponceau 6 R, bleu anthraquinonique, noir 7984, terre d’ombre brûlée) https://docplayer.fr/4773530-3-5-les-colorants-alimentaires.html.
Finalement, le 30 Juin 1993 la directive sur les colorants a été adoptée, les pays de la communauté Européenne ont intégré les colorants dans la classification générale des additifs. Ils sont numérotés de100 à199 et sont précédés des deux lettres CE (Reynal et Multon., 2009).
Les colorants naturels modifiés « Colorants synthétiques naturellement identiques »
Certains colorants alimentaires naturels ont été synthétisés artificiellement pour améliorer leurs propriétés pour une utilisation ultérieure dans des applications industrielles. Ces colorants sont obtenus à partir de colorants naturels et les colorants de synthèse identiques à des substances présentes dans la nature ils sont relativement dangereux pour la santé. Ils sont souvent fabriqués en utilisant des solvants chimiques ; si ces derniers ne sont pas efficacement éliminés, ils pourraient être à l’origine de problèmes de toxicité (Issa, 2009).
Exemple 1: Les caroténoïdes sont des pigments naturels synthétisés le plus souvent, mais sont connus pour être enclin à une attaque oxydative et à une perte de couleur qui en résulte. Pour cette synthèse pigmentaire, la formulation développée est basée sur des systèmes antioxydants qui aident à conserver la couleur par la réduction de la nature oxydante du pigment naturel (Downham et Collins., 2000; Dikshit et Tallapragada., 2018).
Exemple 2: Les β-carotènes, ont été commercialisés pour la première fois en 1954 et occupent maintenant environ 40% du marché européen et 17% du marché mondial. L’utilisation maximale de ce pigment se trouve dans les produits de boulangerie et de confiserie et dans les boissons gazeuses. La demande pour ce pigment est sous forme dispersible dans l’huile et l’eau, en particulier pour répondre au marché des boissons gazeuses. Cela nécessite une émulsification du pigment, qui peut être obtenue avec du β-carotène fin ayant des gouttelettes d’huile dispersées uniformément dans la phase aqueuse (Dikshit et Tallapragada., 2018).
Les colorants artificiels
Ce sont des additifs qui n’ont aucun homologue dans la nature et qui sont entièrement fabriqués chimiquement par l’homme (synthétisés en laboratoire en utilisant des substances chimiques toxiques dérivées du goudron de houille et du pétrole) pour répondre à des besoins nouveaux ou pour gagner en efficacité. Ils sont généralement moins chers, offrent une plus grande variété de couleurs, sont disponibles en grandes quantités et sont plus stables que les colorants naturels (Chloé, 2011). Le premier colorant artificiel fabriqué est la mauvéine, un dérivé de l’aniline contenu dans le goudron de houille. La mauvéine est en réalité le mélange de mauvéine A (majoritaire) et de la mauvéine B (minoritaire).
La mauvéine fut utilisée en premier lieu pour colorer une robe en soie de la reine Victoria (Royaume-Uni) et dans la coloration des textiles. Grâce à cette découverte fortuite, l’industrie des colorants était lancée et les colorants prirent une grande importance dans le domaine industrielle, notamment, alimentaire (Capon et al., 1993; Chloé, 2011).
L’utilisation des colorants alimentaires
Les colorants alimentaires améliorent l’apparence des aliments et les rendent plus acceptables. On les utilise plus particulièrement dans les situations suivantes :
– pour remplacer les colorants naturels qui ont été détruits ou modifiés par la chaleur ou par les agents de conservation ;
– pour uniformiser la couleur des divers lots d’aliments, lorsqu’on utilise des matières premières dont la couleur varie en intensité ;
– pour aviver la couleur naturelle des produits lorsqu’on croit que les consommateurs préfèrent des couleurs plus vives ;
– pour redonner de la couleur aux produits décolorés par la lumière ;
– pour rendre appétissants certains produits.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Références bibliographiques
Partie théorique
CHAPITRE I : LES COLORANTS ALIMENTAIRES
I.1. Introduction
I.2. Historique
I.3. Classement
I.3.1. Les colorants naturels
I.3.2. Les colorants synthétiques
I.3.3. Les colorants naturels modifiés « Colorants synthétiques naturellement identiques »
I.3.4. Les colorants artificiels
I.3.5. Les colorants minéraux et métalliques
I.4. L’utilisation des colorants alimentaires
I.5. Stabilité des colorants alimentaires
I.5.1. Effets de la lumière
I.5.2. Effets du pH
I.5.3. Effets de la chaleur
I.5.4. Effets des oxydations enzymatiques
I.5.5. Effets des ions métalliques
I.5.6. Effets de SO2
I.6. Toxicité, Impact sanitaire et environnemental
I.6.1. Toxicité
I.6.2. Impact sanitaire et environnemental
I.6.2.1. Impact sanitaire
I.6.2.2. Impact sur l’environnement
I.7. Normes et réglementations
I.7.1. Normes
I.7.1.1 Bonnes Pratiques de Fabrication
I.7.1.2. Bonnes Pratiques de Laboratoire
I.7.2. Réglementations
I.7.2.1. Réglementation en Union Européenne et France
I.7.2.2. Réglementation en Algérie
I.8. Techniques analytiques des colorants alimentaires
I.8.1. Procédures gravimétriques ou électrométriques
I.8.2. Méthode spectrophotométriques
I.8.3. Spectrométrie Infrarouge
I.8.4 Méthodes chromatographiques
I.8.4.1. Chromatographie d’adsorption
I.8.4.2. Chromatographie par échange d’ions (lEC)
I.8.4.3. Chromatographie Liquide
I.8.4.4. Chromatographie en phase liquide et gaz à détecteur de masse
I.9. Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE II : TRAITEMENT DES COLORANTS
II.1. Introduction
II.2. Bref aperçu sur les procédés de traitement des colorants
II.2.1. Procédés Biologiques
II.2.1.1. Traitement aérobie
II.2.1.2. Traitement anaérobie
II.2.2. Procédés physico-chimiques
II.2.2.1. Procédés d’Oxydation Avancée (POA)
II.2.2.2. Coagulation/Floculation
II.2.2.3. Techniques membranaires
II.2.2.4. L’échange d’ions
II.3. Bref aperçu sur les traitements étudiés
II.3.1. Procédé de traitement par électrocoagulation (EC)
II.3.1.1. Définition d’EC
II.3.1.2. Principe du procédé d’EC
II.3.1.3. Applications du procédé
II.3.1.4. Différents types d’électrodes et réactions mises en jeu
II.3.1.5. Différents types de connexions
II.3.1.6. Différents modes de circulation
II.3.1.7. Principales lois d’électrolyse
II.3.1.8. Calculs de cout opérationnel : Consommations en métal et en énergie
II.3.1.9. Mécanismes d’EC
II.3.1.9.1. Coagulation par des cations métalliques et espèces chimiques
II.3.1.9.2. Diagramme E-pH de Pourbaix
II.3.1.10. Avantages et inconvénients du procédé d’EC
II.3.2. Procédé de traitement par Adsorption
II.3.2.1. Définition de l’adsorption
II.3.2.2. Description du mécanisme d’adsorption
II.3.2.3. Types d’adsorption
II.3.2.4. Facteurs influençant le processus d’adsorption
II.3.2.5. Classification des isothermes d’adsorption
II.3.2.6. Modèles d’isothermes d’adsorption
II.3.2.7. Modèles cinétiques d’adsorption
II.3.2.7.1. Modèle cinétique du pseudo premier ordre
II.3.2.7.2. Modèle cinétique du pseudo deuxième ordre
II.3.2.8. Etude thermodynamique
II.3.2.8.1. Caractérisation thermique de l’adsorption
II.3.2.8.2. L’énergie d’activation
II.3.2.9. Différents types d’adsorbants et applications
II.4. Conclusion
Références bibliographiques
Partie expérimentale
CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES D’ANALYSE
III.1. Introduction
III.2. Bref aperçu sur les colorants étudiés
III.3. Bref aperçu sur le greffant « Sel de Diazonium »
III.4. Réactifs utilisés
III.5. Préparation des solutions et des matériaux à l’adsorption
III.5.1. Préparation des solutions
III.5.2. Préparation des matériaux à l’adsorption
III.5.2.1. Préparation des noyaux de dattes brutes
III.5.2.2. Préparation des noyaux de dattes greffées
III.6.Techniques d’analyse
III.6.1. Techniques et paramètres analysés pour les colorants en solution aqueuse
III.6.1.1. Spectrophotométrie d’absorption UV-visible
III.6.1.2. Chromatographie en phase liquide-spectrométrie de masse (LC-MS/MS)
III.6.1.3. Mesure de la Demande Chimique en Oxygène (DCO)
III.6.2. Techniques de caractérisation de la boue formée après EC
III.6.2.1. Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)
III.6.2.2. Microscopie électronique à balayage couplé à l’EDS (MEB/EDS)
III.6.3. Techniques de caractérisation des Noyaux de Dattes brutes ou greffées utilisés
III.6.3.1. Techniques de caractérisation des ND brutes
III.6.3.2. Techniques de caractérisation des ND greffées
III.7. Equipement et procédure expérimentale du traitement par EC
III.8. Equipement et procédure expérimentale du traitement par adsorption
III.9. Conclusion
Références bibliographiques
Résultats et discussion
CHAPITRE IV: RESULTATS DE TRAITEMENT DE L’AR.14 ET L’AR.27 PAR ELECTROCOAGULATION
IV.1. Introduction
IV.2. Résultats du traitement de l’AR.14 par EC
IV.2.1. Résultats d’optimisation du traitement sur l’efficacité d’élimination de la couleur et de la DCO
IV.2.1.1. Effet de la densité de courant et du temps d’électrolyse
IV.2.1.2. Modélisation cinétique
IV.2.1.3. Effet du pH initial
IV.2.1.4. Effet de la température
IV.2.1.5. Effet de la concentration initiale en colorant
IV.2.1.6. Effet de l’électrolyte support
IV.2.2. Modélisation de l’adsorption
IV.2.3. Etude thermodynamique
IV.2.4. Pertes de masse aux électrodes
IV.2.5. Caractérisation de la boue formée après EC
IV.2.6. Identification de l’AR.14 en solution aqueuse avant et après EC
IV.2.6.1. Analyse spectrophotométrique
IV.2.6.2. Analyse LC-MS/MS
IV.3. Résultats du traitement de l’AR.27 par EC
IV.3.1. Résultats d’optimisation du traitement sur l’efficacité d’élimination de la couleur et de la DCO
IV.3.1.1. Effet de la densité de courant et du temps d’électrolyse
IV.3.1.2. Modélisation cinétique
IV.3.1.3. Effet du pH initial
IV.3.1.4. Effet de la température
IV.3.1.5. Effet de la concentration initiale en colorant
IV.3.1.6. Effet de l’électrolyte support
IV.3.2. Modélisation de l’adsorption
IV.3.3. Etude thermodynamique
IV.3.4. Pertes de masse aux électrodes
IV.3.5. Caractérisation de la boue formée après EC
IV.3.6. Identification de l’AR.27 avant et après EC
IV.3.6.1. Analyse spectrophotométrique
IV.3.6.2. Analyse LC-MS/MS
IV.4. Etude comparative des résultats d’EC obtenus
IV.4.1. Comparaison des résultats d’efficacité avec d’autres travaux
IV.4.2. Cout opérationnel du procédé d’EC
IV.4.3. Mécanismes
IV.5. Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE V: RESULTATS D’ADSORPTION DE L’AR.14 ET L’AR.27 SUR DES NOYAUX DE DATTES BRUTES ET GREFFES
V.1. Introduction
V.2. Caractérisation des Noyaux de Dattes (ND) brutes et greffées
V.2.1. Composition, texture, et état de surface
V.2.2. Spectroscopie Infrarouge (IR)
V.2.3. Analyse MEB
V.3. Résultats d’adsorption de l’AR.14 ou l’AR.27 sur ND brutes et greffées
V.3.1. Résultats d’optimisation
V.3.1.1. Influence de la concentration de l’adsorbant
V.3.1.2. Influence du pH
V.3.1.3. Influence la concentration initiale et du temps de contact pour AR.14 et AR.27
V.3.1.4. Influence de la température
V.3.2. Modélisation cinétique
V.3.3. Modélisation de l’adsorption
V.3.4. Etude thermodynamique
V.4. Etude comparative des résultats d’adsorption obtenus
V.5. Mécanismes
V.6. Conclusion
Références bibliographiques
Conclusion générale
