Empreinte volatile des produits agroalimentaires : un nouvel outil pour tracer l'authenticité et suivre des procédés

Volatile fingerprint of food products : a new tool to trace authenticity and track processes

• Auteur / Autrice : Marine Reyrolle
• Direction : Valérie Desauziers, Mickael Le Bechec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et environnement
• Date : Soutenance le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (IPREM UMR 5254) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Simon, Hélène Tormo, Florence Pannier, Thierry Pigot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Thévenet, Jean-Luc Le Quéré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Biotechnologie

Spectrométrie de masse

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Empreinte volatile

Spectrométrie de masse

COV

Chimiométrie

SIFT-MS

Science agroalimentaire

Volatile fingerprint

Mass Spectrometry

VOC

Chemometrics

SIFT-MS

Agrifood science

Résumé

L’alimentation occupe une place essentielle dans la culture Française et s’appuie sur de nombreux produits agroalimentaires authentiques et de grande qualité. Cependant, plusieurs scandales sanitaires et l’augmentation des produits frauduleux ont ébranlé la confiance des consommateurs, incitant aujourd’hui les acteurs du secteur à renforcer les contrôles de la qualité et de la traçabilité de leurs produits. Les composés organiques volatils (COV), naturellement présents ou formés au cours de la transformation des produits agroalimentaires, sont responsables de leurs odeurs et de leurs saveurs, participant ainsi à la perception sensorielle par les consommateurs. Ainsi, déterminer la composition en COV d’un aliment, constitue donc un outil intéressant pour caractériser son authenticité, suivre un procédé et évaluer les conditions de stockage et de conservation. L’objectif de cette thèse est de développer l’approche des empreintes volatiles constituées de l’ensemble des COV émis par un produit alimentaire. Pour cela, un spectromètre de masse à injection directe (SIFT-MS Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometer) a été choisi pour ses performances : sa rapidité d’analyse, sa capacité de détection et sa sensibilité. Une nouvelle exploitation d’analyse non ciblée des COV a été mise en place sur deux matrices : le fromage Ossau-Iraty et le thé. Pour traiter et exploiter les grands volumes de données obtenus par les empreintes volatiles, un algorithme a été mis en place ainsi que des outils chimiométriques adaptés. Ces travaux ont permis de mettre en évidence l’impact de la ration alimentaire des brebis sur le fromage ainsi que la typicité apportée par chacun des producteurs. Les performances de cette nouvelle approche ont ensuite été comparées à celles obtenues par une méthode séparative de chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, sur une collection d’échantillons de thé. L’approche non ciblée par ces deux techniques a permis de discriminer les différents thés en fonction de leurs origines, des cultivars et des procédés de transformation. Les mesures ciblées par suivi de marqueurs ont montré de moins bonnes performances, soulevant ainsi l’importance cruciale du choix des marqueurs étudiés. Enfin, cette nouvelle approche d’empreintes volatiles SIFT-MS a été combinée à d’autres outils de traçabilité : le signature multi élémentaire et le rapport isotopique du strontium. Ces techniques apportent des informations complémentaires sur l’ensemble de la chaine de production du thé (origine de production, cultivar, procédé de transformations), permettant de renforcer la traçabilité et de démontrer l’authenticité des produits.La méthodologie des empreintes volatiles par SIFT-MS a été appliquée avec succès sur des matrices complexes, riches en COV. Cette approche constitue un nouvel outil d’aide à la décision pour tracer l’authenticité et suivre des procédés de transformations afin d’accompagner les producteurs et les filières.

Gastronomy is an essential part of the French culture, with many authentic and high quality agri-food products. However, several sanitary scandals and an increase of fraud negatively impacted the consumer confidence, encouraging the sectors to improve the quality and traceability controls of their products. Volatile organic compounds (VOCs), naturally present in food products or generated during the transformation processes, are linked to the perception of odors and flavors by consumers. Thus, the VOCs composition of a food product is an interesting tool to characterize its authenticity, control its processing or evaluate the storage conditions. The aim of this thesis was to develop the volatile fingerprints approach, composed of all the VOCs emitted by a food product. This work was done with a selected ion flow tube mass spectrometer (SIFT-MS), which performances of speed, wide selectivity and high sensitivity were very interesting. A new approach based on the untargeted analysis of VOCs was developed on two different matrices: cheese and tea. The mining and processing of the large amounts of data required the development of an algorithm, combined with adapted chemometric tools. This work permitted to highlight the impact of ewes’ diet on the cheeses and the typicality provided by the two producers. The performances of the volatile fingerprints with SIFT-MS were then compared to those obtained with a separative techniques of gas chromatography coupled with mass spectrometry, on a selection of tea samples. The untargeted approach on both techniques allowed the discrimination of samples according to their origins, the cultivars and the transformation processes. The target measurements of markers were less successful, highlighting the crucial importance of the choice of these markers. Finally, this new approach of volatile fingerprints with SIFT-MS was combined with other traceability tools: inorganic multi element signature and strontium isotopic ratio. These analytical techniques provided supplementary information on the whole production and supply chain, strengthening the traceability and demonstrating the authenticity of the products.The methodology of volatile fingerprints with SIFT-MS was successfully applied on complex matrices with a large number of VOCs. This approach is a new tool for decision-making aid for producers and sectors, to trace the authenticity and to control the transformation processes.