Transcript Analyse des composés organiques volatils et application à la traçabilité des aliments. Cas particulier du chocolat. Thèse de Diplôme d’État de Docteur en.

Analyse des composés organiques volatils et
application à la traçabilité des aliments.
Cas particulier du chocolat.
Thèse de Diplôme d’État de Docteur en Pharmacie
Présentée le 14/06/07 par Christophe SENN
devant le jury composé de
M Pabst, Président du jury
M Marchioni, Directeur de thèse
Mme Werner, Membre extérieur
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
1.a.
Composés organiques volatils
•Définition scientifique
Composés constitués de C et H, pouvant être partiellement ou totalement substitué par les halogènes,
O, S, P ou N, dont la pression de vapeur est supérieure ou égale 0,01 kPa à T=293,15 K
•Définition selon UE
Composé organique ayant, dans des conditions normales, une pression de vapeur telle qu’il
peut s’évaporer.
Directive 2004/42/CE (peintures et vernis): composé organique avec PE ≤250°C à Patm = 101.3 kPa.
Directive 94/63/EC (stockage et distribution du pétrole): tout composé gazeux qui s’évapore du pétrole.
•Classement UK
Industrie des enduits  étiquetage selon teneur en COV:
Minime - 0% à 0.29%
Faible - 0.3% à 7.99%
Moyen - 8% à 24.99%
Elevé - 25% à 50%
Très élevé - plus de 50%
•Classement selon US CFR
Tout composé carboné qui participe à des réactions photochimiques atmosphériques
(sauf CO, CO2, carbonates, HCOOH, carbures métalliques et listés).
1.b.
Importance : émissions atmosphériques
Émissions de Composés Organiques Volatils Non Méthaniques (COVNM)
pour l'année 2000 en Poitou Charentes
Biotique
62 671
57 %
Transports routiers
16 920
15 %
Industries
16 691
15 %
Résidentiel
9 988
9%
Distribution de l´énergie
2 756
2%
Agricole
1 017
1%
Traitement des déchets
528
0.5 %
Tertiaire
294
0.25 %
Autres transports
33
<0.03 %
TOTAL
110 898 tonnes
Biotique
Industries
Distribution énergie
Autres sources
Transports routiers
Résidentiel
Agriculture
http://www.emissions-poitou-charentes.org/covnm.htm
1.b.
Importance : molécules d’intérêt
Analyse des COV déjà utilisée dans….
→ Industrie chimique : détection des fuites
→ Industrie pharmaceutique : solvants résiduels
→ Industrie cosmétique, parfumerie,
aliments: analyse des arômes
1.b.
Importance : molécules d’intérêt
COV
Sigles de qualité
Contrôles
réglementaires
Origine
Composition
Commerce équitable
Spécifications
Choix MP
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
2.a.i. Spectroscopie IR et DOAS
Absorption de rayonnements

rapide
sensible

Interférences
gamme limitée
1 COV /analyse
2.a.ii. Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
COV
Anode
COV
-
-
-
+
+
+
+
-
Chambre
d’ionisation
Cathode
Lampe UV
Analyseur

rapide
sensible

Interférences
gamme limitée
1 COV /analyse
2.a.iii. Selected Ion Flow Tube et Proton Transfer Reaction –
Mass Spectrometry (SIFT-MS et PTR-MS)
COV
He
Tube
Résonateur
micro-onde
H2O
Quadrupole
H3O
+
H2O
Spectro
de
masse

rapide
sensible

Très cher
1 COV /analyse
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
2.b.i. Solid Phase MicroExtraction (SPME)
Q

Sensible
Facile
Fidèle (automatique)

Fidèle (manuel)
Nombreux paramètres
Séparation + analyse
2.b.ii. Head Space dynamique
He
He
GC
Piège

Sensible
Fidèle

Paramètres nombreux
Séparation + analyse
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
2.c.
Tout en un : le nez électronique
Prélèvement
Séparation
Détection
Head Space
Capteurs
chimiques
1 appareil
Analyse
2.c.
Analogie nez humain - nez électronique
Appendice
nasal
Récepteurs
Neurones du
bulbe olfactif


Rapide
Sensible
Fidèle
Mémoire
Cher
BDD à constituer
COV
Prélèvement
Head Space
Séparation
Transduction
Compilation
Capteurs
chimiques
Logiciel
d’interprétation
Comparaison
Base de
données
Identification
ou
apprentissage
2.d.
Comparaison des techniques
Technique
Alimentaire In process
Rapidité Coût
Tubes à lecture directe
Non
-
-
-
Spectroscopie DOAS
Non
-
-
-
Sacs plastiques, récipients inox
Non
-
-
-
Adsorption passive, plaques d’acier
Non
-
-
-
Extraction liquide/liquide
Non
-
-
-
Entraînement à la vapeur d’eau
Oui
Non
+
++
Headspace statique
Oui
Non
+
++
Adsorption active, désorption thermique
Oui
Non
++
++
SPME
Oui
Non
++
++
Headspace dynamique
Oui
Non
+
++
Capteurs infrarouges
Oui
Oui
+++
+
Capteurs à photoionisation
Oui
Oui
+++
+
Capteurs à ionisation de flamme
Oui
Oui
+++
+
SIFT-MS, PTR-MS
Oui
Oui
+++
+++
Nez électronique
Oui
Oui
+++
++
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
3.a.
Répartition des cultures de cacaoyer
Jamaïque
Rep Dom
Trinidad
Forastero
 Trinitario
Venezuela
 Forastero
 Criollo
Equateur
 Nacional
Ghana
Côte d’Ivoire
 Forastero
Madagascar
 Criollo
http://www.icco.org/default.aspx
3.b.
Fabrication et composés volatils du chocolat
Fèves de cacao (89% amande, 10% coque, 1% germe) fermentées et séchées
Nettoyage
(400g)
Corps étrangers
Torréfaction
Concassage
Coques
Cacao en grain (amande) = nibs
(50g)
(330g)
Broyage
Pertes
Pâte de cacao = Liqueur de cacao
Sucre broyé (140g)
Poudre de lait
Malaxage
Pression
Broyage fin
Filtration
Tourteaux
Conchage à sec
Beurre de cacao
Poudre de cacao
Lécithine
Broyage
Conchage liquide
Tempérage
Moulage
Conditionnement
COV prisonniers
ou peu volatils
(330g)
Tablette de chocolat
(6 X 70g)
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
3.c.
Méthode d’analyse
Préparation de l’échantillon
Entraînement à la vapeur d’eau
30 g de chocolat rapé
(+ 125 µl d’étalon interne)
Fraction de 100 ml
J1
x3 +1
Extraction liquide/liquide
1 ml d’extrait à l’isooctane
(Séparation des phases)
Chromatographie en phase gazeuse
Détection par ionisation de flamme
Chromatogrammes
J2
x3 +1
Traitement des données
Analyses statistiques
Temps de rétention et
aire des pics normalisés
Graphiques
3.c.
Entraînement à la vapeur d’eau
3.c.
Chromatogrammes
H
T
µVolts
S
ei2
(1)
200
L
F
Z4
I
100
Q
ei1
ABC
K
D E
MN
X
R
OP
V
J
G
Z2
Trinidad
Z3
Z2 Z1
U
W
Y1
0
H
ei2
µVolts
V
200
W
L
F ei1
100
T
I
ABC
D E
J
K
MN
OP
G
Z3
X
U
Q
R
Z4
(2)
Venezuela
Z2
Z
Y
Z1
S
0
H
F
µVolts
ei2
T
200
100
L
ABC
D E
V
I
ei1
J
G
Z4
W
K
MN
OP
Z
U
R
Q
(3)
Ghana
Z3
X
Y1
Z1
Z2
S
0
H
µVolts
ei2
F
T
200
(4)
L
Z3
100
ei1
I
V
ABC
D E
G
J
K
MN
OP
R
S
U
X
Z4
Z2
W
Z
Madagascar
Z1
Y1
Q
0
15
20
25
30
35
40
Minutes
45 Minutes
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
3.d.i. Analyse des composantes principales
Venezuela,
Equateur,
Madagascar,
Côte d'Ivoire,
Ghana,
Republique Dominicaine,
Jamaïque
Trinidad
3.d.ii. Classification ascendante hiérarchique
3.d.ii. Classification ascendante hiérarchique
Classe
Effectif
Classe 1
6
Côte d’Ivoire
Côte d’Ivoire
Ghana
Ghana
Ghana
Ghana
Classe 2
10
Jamaïque
Jamaïque
Jamaïque
Trinidad
Trinidad
Trinidad
Trinidad
St Domingue
St Domingue
Venezuela
Classe 3
6
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Venezuela
 Forastero
 Criollo
Madagascar
 Criollo
Classe 4
8
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Venezuela
Venezuela
Venezuela
Classe 5
12
Madagascar
Madagascar
Côte d’Ivoire
Ghana
Equateur
Equateur
Venezuela
Venezuela
Venezuela
Venezuela
Venezuela
Venezuela
Equateur
 Nacional
Afrique
 Forastero
Caraïbes
 Trinitario
 Forastero
Classe 6
6
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Madagascar
Classe 7
3
Côte d’Ivoire
Côte d’Ivoire
Venezuela
3.d.iii. Analyse factorielle discriminante par zone
3.d.iii. Analyse factorielle discriminante par pays
Plan
1.
a.
b.
2.
a.
b.
c.
d.
3.
a.
b.
c.
d.
4.
Composés organiques volatils
Définitions
Importance
Techniques d’analyses
Appareils à lecture directe
i.
Spectroscopie IR et DOAS
ii.
Capteurs à photoionisation et ionisation de flamme
iii.
SIFT-MS et PTR-MS
Techniques avec piégeage
i.
SPME
ii.
Head Space dynamique
Tout en un : le nez électronique
Comparaison des techniques
Cas particulier du chocolat
Répartition géographique
Fabrication et composés volatils du chocolat
Méthode d’analyse
Statistiques
i.
Analyse des composante principales
ii.
Classification ascendante hiérarchique
iii.
Analyse factorielle discriminante
Conclusion
4.
Conclusion
• Nombreuses techniques. A choisir selon ses besoins.
• Nez électronique très satisfaisant, en développement.
• Méthode utilisée simple, robuste
• Bons résultats : séparation selon origine
Objectif atteint …
…mais
• Agrandir la base de données
 Origine d’un chocolat inconnu
• Améliorations possibles
 Identification des composés
Merci de votre attention