Isolement et séparation des molécules biologiques - cours conférence à l'ENSCR aux 5è années Ingénieurs

1© Yvon Gervaise, SGS MULTILAB ROUEN – octobre 2017 – Cours Conférence à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes
COURS CONFÉRENCE À L’ENSCR DU 20/10/2017
MÉTHODE D’ISOLEMENT ET DE
SÉPARATION DE MOLÉCULES
BIOLOGIQUES
LE DÉFI DE L’ANALYSE ET DE L’EXPERTISE
UN DÉFI POUR L’INGÉNIEUR CHIMISTE…
M. Yvon Gervaise
Expert Français auprès de l’OCDE
Expert de justice
Directeur SGS Multilab Rouen
Identité numérique : http://www.expertscience.fr

PRÉAMBULE COURS AUX INGÉNIEURS CHIMISTES SUR LA
SÉPARATION DES BIOMOLÉCULES
INGÉNIEUR ENSCR :
LE RÔLE DE L’INGÉNIEUR ?
 Une mission de médiation entre science et industrie
 du cognitif à l’opératif
 Les connaissances sont considérées dans leur état présent,
pour en déduire les applications industrielles qui sont
susceptibles de transformer le Monde.
 Ces directeurs Ingénieurs commandent en ayant pour seules
limites l’exercice d’une bonne gestion et l’engagement de leur
responsabilité personnelle.
 Efficacité
 Gestion
 Responsabilité

SÉPARATION DES MOLÉCULES BIOLOGIQUES
LE RAPPORT DE L’INGÉNIEUR CHIMISTE À LA NATURE
ASPECT PHILOSOPHIQUE
 Le rapport de l’homme à la nature - évolution dans le temps
 Antiquité : le cosmos où chaque chose a sa place, et le tout stable
dans lequel l’homme est inséré
 Moyen-Âge : la nature n’est plus cette grande enveloppe donnée,
elle est un décor machinique construit par Dieu
 Renaissance : l’homme de la Renaissance n’est plus « dans », mais
« devant », et « en face » de la nature, il peut la voir, la représenter,
agir sur elle
L’homme prend la nature pour une machine, en particulier une horloge,
il peut à son tour la maîtriser sans le Dieu législateur, à condition qu’il en
connaisse les lois
 Aujourd’hui : le rapport de la nature à la science
 La place du scientifique par rapport à la nature : pouvoir
d’investigation
 Le philosophe Alberti a qualifié la nature de « campagne de l’esprit et
de la raison », « elle est le siège de la perfection » car tout sert à
quelque chose, tout a une fonction, un sens, une finalité et une
utilité ».

L’INGÉNIEUR ENSCR DANS LE CONTEXTE GÉNÉRAL ET
LE CONTEXTE DE SÉPARATION DES MOLÉCULES
BIOLOGIQUES
 Nous en avons besoin
 Sans eux aux côtés des physiciens, des biologistes et de
bien d’autres scientifiques, pas de possibilité de progrès dans
la compréhension globale et la connaissance du monde qui
nous entoure…
 Pas de production, pas de distribution, pas d’énergie, pas de
transports, pas de moyens informatiques, pas de
préservation de la santé, pas de sécurité, pas d’allongement
de l’espérance de vie…

LABORATOIRE DU FUTUR : QUELLE RÉVOLUTION
CRÉATION D’OUTILS ALGORITHMIQUES ET USAGE DE
ROBOTS
 Conduite d’analyse
 @MineralManager
 @RésiduManager
 Interprétation
 @WastevalorisationManager
 Outil support production d’analyse
 Manager des standards, CMR, réactifs
 Parc appareil Déca : @ChemicalManager
 Outil support maîtrise et surveillance de la qualité
 @EilManager
 Outil spécifique
 @RadioManager

SGS MULTILAB À L’HEURE DU LABORATOIRE DU FUTUR
ROBOTIQUE, LOGICIELS ROBOTS, INTELLIGENCE
ARTIFICIELLE : UNE TRANSFORMATION

DÉVELOPPEMENT NOUVEL OUTIL @MINERAL MANAGER
BASE DE DONNÉES RELATIONNELLES

DÉVELOPPEMENT NOUVEL OUTIL @MINERAL MANAGER
SCHÉMA CONCEPTUEL

@MINERAL MANAGER
L’INTERFACE DE PILOTAGE CONÇU ET DÉVELOPPÉ À SGS MULTILAB

L’ANALYSE ET L’EXPERTISE DANS LA DIVERSITÉ DE SES
TECHNIQUES ET SES APPLICATIONS
PROGRÈS ET ENJEUX?
 SGS MULTILAB à Rouen : 160 personnes
 Laboratoire multidisciplinaire agrée au plan national et
international et agrée par le Ministère de l’Enseignement
Supérieur et de la Recherche au titre du Crédit Impôt
Recherche
 SGS leader mondial de l’analyse et de la certification né à
Rouen en 1878.

ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE
. Densité, granulométrie, PCI
. Solubilité, coefficient de partition
ANALYSE DE MATIÈRE ACTIVE
. Biocides, pesticides…ANALYSE DE L’AUTHENTICITÉ
. Traceur d’origine
. Biosourcé C14
ANALYSE ÉCOTOXICOLOGIQUE
. Biodégradabilité
. Toxicité aiguë : poissons, algues
. Toxicité chronique, inhibition
ANALYSES RECHERCHES
SUBSTANCES INDÉSIRABLES
RECHERCHE INGRÉDIENT
CONNAISSANCE DU PRODUIT
QUE CHERCHE-T-ON À CONNAITRE?
Votre
produit
Votre
matière
première
IDENTIFICATION NOUVELLE SUBSTANCE
. Étude BPL, UVCB
. Solubilité, coefficient de partition
ANALYSE ÉTIQUETAGE
. Valeur déclarée = ingrédient
. Substances réglementées
. Substances limitées
. Absence substances interdites

LA MATIÈRE DANS SA COMPOSITION
2

COMMENT NOUS CONNAISSONS LA MATIÈRE:
L’EXPERTISE ANALYTIQUE?
« LA SCIENCE A L’ÂGE DE SES INSTRUMENTS » Bachelard
Techniques du vivant:
Biochimie
Biologie moléculaire
Processus de
l’analyse de la
matière
Traitement de l’échantillon
Techniques
spectrométriques
- Radioactivité
- Spectrométrie de masse
Techniques séparatives
Chromatographie
Techniques du vivant :
Écotoxicologie
Evolution de
l’expertise
analytique
1
2
3
5
4

LA DIVERSITÉ DES TECHNIQUES ANALYTIQUES ET DES
APPLICATIONS (LA SCIENCE A L’ÂGE DE SES
INSTRUMENTS - Bachelard)
Techniques du
vivant
Techniques
séparatives
Techniques
spectrales

LA MATIÈRE DANS SON INTERACTION
 Grandeurs mesurées
 Caractéristiques du produit
 Propriétés du produit
 Interactions environnement / santé
 Substances indésirables
 Comportement
 Qualitatives / quantitatives :
 Substances actives, fonctionnelles
 Comportement dans l’écosystème au cours du cycle de vie
 Écotoxicité
 Dispersion dans l’air/eau/sol
Industrie Environnement Agriculture Consommation Santé
Diversité des
techniques et
des applications
Interaction

POURQUOI DE L’ANALYSE ET DE L’EXPERTISE
Information et
exigence du
consommateur
Conformité :
. Réglementaire
. REACh
Prise en compte
globale ACV, GES,
GHS
Relation Produit/santé/environnement
Exemple perturbateur endocrinien
Surveillance matière
première, impact
réglementaire REACh
Tendance chimie verte
Actifs végétaux
Tendance
environnementale
écolabel
Valeur
d’usage
Additifs
Innovation
Recherche
Exigence
particulière
nouveau règlement
cosmétique/
pesticides
Sécurité des
ingrédients
Valorisation du produit et
sous-produit - filière
Votre
produit
Votre
matière
première
Cahier des
charges client
Produit
Procédé

CONNAISSANCES ET RECONNAISSANCES DU
LABORATOIRE
- Accréditation ISO 17025 COFRAC, EA, ILAC
- Agréments ministériels ,santé, environnementaux, ASN
FOSFA
(Federation of Oils, Seeds
and Fats Association)
KFDA
(Autorités coréeenes)
COFRAC
(Comité Français
d’ACcréditation)
BPL
(Bonnes Pratiques de
laboratoire)
GAFTA
(Grain and Feed
Trade Association)

DE L’INFINIMENT PETIT À L’INFINIMENT GRAND : UN VASTE
CHAMP D’APPLICATION DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE

AUTHENTIFICATION DU CRU D’UN VIN
DIVERSITÉ DES APPLICATIONS

LABORATOIRE : LES DÉFIS DU DÉVELOPPEMENT
 Avez-vous réfléchi à ce que sera l’environnement du
laboratoire dans 1 an? 5 ans?
 Avez-vous identifié des événements à venir dans
l’espace économique, dans notre environnement
proche, dans nos technologies, chez nos clients,
dans nos échéances commerciales ou financières?
 Essentiel survie et développement cellule de veille
LABORATOIRE :
DÉFIS ET
DÉVELOPPEMENT

EXPERTISE ET NOUVEAUX MÉTIERS
 Comment réfléchissons-nous à de “nouveaux métiers” qui
pourraient un jour remplacer ceux que nous exerçons
aujourd’hui si ceux-ci sont balayés par l’évolution sociale
ou technologique
 Comment s’y prépare-t-on?
 Quels projets?
EXPERTISE ET
NOUVEAUX
MÉTIERS

LE LABORATOIRE D’EXPERTISE ET SON NOUVEAU PORTRAIT
 Réponse aux questions précédentes
 Perceptions de l’extérieur
 2016-2017? --------

PROSPECTIVE DU LABORATOIRE D’EXPERTISES : CAPACITÉ
DE SE PROJETER DANS L’AVENIR POUR PROGRESSER
 Maîtriser la prévision : en faire une arme pour conquérir
et préserver la liberté d’agir
 Prévoir l’avenir est vital pour l’entité, le présent et le futur
 Le monde actuel, nos process, le marché nous poussent
à valoriser l’instant et à ne voir le futur que comme une
succession de présents, sans qu’aucune situation ne
découle de la précédente
=> Bien des entités ne prévoient plus rien, ne
construisent plus rien
A) UNE
DÉMARCHE
INDISPENSABLE

PRÉVOIR L’AVENIR AU LABORATOIRE :
DÉFI TECHNOLOGIQUE, INNOVATION
LA NAISSANCE DE @MINERAL MANAGER

PRÉVOIR L’AVENIR AU LABORATOIRE :
LA NAISSANCE DE @RADIOMANAGER

RADIOACTIVITÉ
PRÉVOIR L’AVENIR @RADIOMANAGER
INNOVATION SYSTÈME INTELLIGENT

PRÉVOIR L’AVENIR @RADIOMANAGER SYSTÈME
INTELLIGENT DE RADIOPROTECTION
RADIOPROTECTION

 Méthode QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe)
 Avantage : une seule préparation pour plusieurs matrices (céréales, fruits, légumes…).
Extraction solide-liquide
Echantillon
+ solvant organique + sels
tampons Agitation
Centrifugation et récupération du
surnageant
Purification SPE dispersive
Mise en contact du surnageant
avec les sels de purification
Agitation Centrifugation et
récupération du
surnageant purifié
PRÉVOIR L’AVENIR DU LABORATOIRE
DÉFI INNOVATION LA CRÉATION DU SYSTÈME EXPERT
MÉTHODE MULTIPARAMÉTRIQUE

GC/MS-MS
Source Electronic Impact
Triple Quadripole
GC/ECD
GC/FPD
GC/TSD
Une seule injection pour plus de 150
molécules en 30 minutes
Plusieurs injections par famille de
dizaine de pesticides OC, OP, PYR, PCB…
DETECTIONS
SPECIFIQUES
DETECTION par
SPECTOMETRIE de MASSE MS-MS
INNOVATION CRÉATION DES MÉTHODES MULTIPARAMÉTRIQUES

8 injections HPLC/UV ou Fluo
 Aflatoxines B1, B2, G1, G2
 Ochratoxine A
 Déoxynivalenol (DON)
 Zéaralénone
 Fumonisines B1 et B2
 T2-toxine et
Diacetoxyscirpenol* (DAS)
 HT2-toxine
1 extraction solide/liquide
suivi d’une dilution
8 extractions solides/liquides
+
7 purifications par immunoaffinité
et 1 purification SPE
1 injection HPLC/MS/MS
• Gain de temps
• Gain de productivité
• Simplification
DÉFI INNOVATION MÉTHODES MULTIPARAMÉTRIQUES

Analyse du Bisphénol dans les
plastiques
Monomère de polycondensation (industrie du
polymères)
Perturbateur endocrinien : interagit avec le système
hormonal du corps humain
Bisphénol A
Bisphénol F
Bisphénol A Diglycidyl Ether 2H2O
Bisphénol A
Bisphénol A Diglycidyl Ether H2O
Bisphénol A Diglycidyl Ether HCl H2O
Bisphénol F Diglycidyl Ether
Bisphénol A Diglycidyl Ether
Bisphénol A Diglycidyl Ether HCl
Bisphénol A Diglycidyl Ether 2 HCl
Novolac glycidyl ether
1 préparation
2 injections (nature
chimique) :
-BPA + BPF
-BADGE + BFDGE et
dérivés
DÉFI TECHNOLOGIQUE ANALYSE POLYMÈRES ET
MÉTHODES MULTIPARAMÉTRIQUES

MÉTHODE MULTIPARAMÉTRIQUE
LES PESTICIDES DANS LES ALIMENTS :
ÉVOLUTION DES MÉTHODES DE PRÉPARATION
AUTOMATISATION QUECHERS ROBOT DE PRÉPARATION
 Optimisation du process de préparation
des échantillons
 Méthodes de préparation QuEChERS :
• AOAC 2007.01 (Pesticide residues in
Food by Acetonitrile Extraction and
Partitioning with Magnesium Sulfate)
• EN 15662.2008 (Foods of Plant Origin-
determination of Pesticide residues Using
GC-MS and/or LC –MS/MS following
Acetonitrile Extraction/Partitioning and Clean
up by Dispersive SPE-QuEChERS Method)

Analyse de 200 pesticides
dans les céréales
DIVERSITÉ DES TECHNIQUES D’ANALYSES & ÉVOLUTION
SCREENING DES PESTICIDES

CARACTÉRISATION DES MOLÉCULES BIOLOGIQUES : UN
DÉFI POUR LA VALORISATION DES PRODUITS AGRICOLES
Bilan provisoire production nationale 2013 (source : FranceAgriMer
en millions de tonnes)
Import /Export
Israël - Inde - Pakistan - Chine - Tunisie
Egypte - Maroc (Blé – Maïs - Orge)
Pérou (Huile de Poisson)
Nigéria (graines de sésame)
Sénégal - Brésil (Huile d’Arachide, Tourteaux)
Mexique (Farine & Huile de Poisson)
Réunion (Sucre)
Blé tendre, blé dur
Orge
Colza
Maïs
Soja
Seigle
Sorgho
Tournesol
Café
Cacao
Sucre
Riz
Huiles végétales
Tourteaux oléagineux
…
Alimentation Animale
Tourteaux
Ensilage
Aliments complets
Valorisation des déchets organiques de l’industrie
agro alimentaire
Industries de première transformation
Amidon
Biocarburants
Farine
Colle à papiers peints
Sacs biodégradables
Malt
…
Des analyses indispensables
tout au long de la chaîne :
certificats import/export
selon référentiels du pays de
déchargement.
vérification de l’innocuité
de la marchandise (pesticides, OGM,
métaux lourds, mycotoxines…)
certification de la valeur marchande
(protéine, humidité, taux
d’impuretés…)
évaluation de la valeur technologique
(force boulangère, taux d’amidon, de
gluten, l’hydratation …)
Blé tendre 36
Maïs 15
Orge 11
Colza 5,5
Blé dur 2,4
Tournesol 1,6

CARACTÉRISATION PRODUITS ET MOLÉCULES BIOLOGIQUES
UNE DEMANDE D’ANALYSE DE BIOMASSE A USAGE COMBUSTIBLE
A ÉTÉ RECEPTIONNEE PAR LE SERVICE CLIENTS PAR MAIL, SANS
PLUS DE PRECISIONS.
Cette demande sans plus d’informations n’est pas
recevable et un certain nombre de questions devront
être posées pour pouvoir établir une offre et répondre
aux attentes du client.
Les réponses aux différentes questions posées vont
conditionner :
 La préparation de l’échantillon
 Les paramètres à proposer
 Les méthodes d’analyse
 Les limites de quantification à atteindre
 Le délai imparti pour la réalisation des analyses
 La présentation du rapport d’analyse
 Le devenir de l’échantillon restant

CARACTÉRISATION BIOMASSE
Quel type de biomasse est impliquée dans la demande?
La BIOMASSE peut alors être :
 UN BIOCOMBUSTIBLE
(Bois, produits végétaux issus des cultures
agricoles)
 UN COMBUSTIBLE SOLIDE DE
RECUPERATION (CSR) :
combustible sec et propre, produit à partir
de déchets n'ayant pu être triés et recyclés.
 UN COMBUSTIBLE ISSUS DE
DECHETS DANGEREUX : solvants,
acides,…
 UN COMBUSTIBLE SPECIFIQUES :
pneux usagés, farines animales

CHIMIE ET BIOMASSE
Prenons l’exemple des BIOCOMBUSTIBLES :
Sous quelle forme se trouve l’échantillon soumis à l’analyse?
La réponse va conditionner
la préparation de l’échantillon

PROCESSUS ACCOMPAGNANT / UNE DEMANDE D’ANALYSE
Quelles analyses sont nécessaires,
avez-vous un cahier des charges?
La réponse va conditionner
la préparation de l’échantillon,
les méthodes, le délai, un rapport avec
conclusion, en français / en anglais

Quelles analyses sont nécessaires, avez-vous un cahier des charges?
Si vous ne connaissez pas la réponse,
alors nous pourrons vous conseiller
PROCESSUS ACCOMPAGNANT / UNE DEMANDE D’ANALYSE

CHIMIE ET BIOMASSE - MOLÉCULE BIOLOGIQUE
 BIOMASSE / BIOCOMBUSTIBLES : SORTIE DE DECHETS DES BROYATS
D’EMBALLAGES EN BOIS À USAGE COMBUSTIBLE
Depuis le 15 octobre 2014 (arrêté du 29 juillet 2014 ), les broyats d’emballage en bois peuvent
cesser d’être des déchets lorsque la totalité des critères de qualité sont respectés :
Prenons l’exemple des BIOCOMBUSTIBLES et du BOIS plus particulièrement :
Est-ce que l’échantillon est issus d’emballages en bois?
PARAMETRE
TENEUR MAXIMALE
(en mg/kg de matière sèche)
Méthode/Norme
Echantillonnage NF EN 14778
Plan d'échantillonnage NF EN 14779
Préparation des échantillons NF EN 14780
Mercure, Hg 0,2
Arsenic, As 4
Cadmium, Cd 5
Chrome, Cr 30 NF EN 15297
Cuivre, Cu 30
Plomb, Pb 50
Zinc, Zn 200
Chlore, Cl 900
Pentachlorophénol, PCP 3 NF EN 15289
Polychlorobiphényles, PCB 2 NF B51-297
Azote Teneur maximale 1,5% de matière sèche NF EN 15104

 Méthodes d’isolement & de séparation de molécules
biologiques
 Champ d’application et nouveaux enjeux
 Intérêt
 Aspects industriels
TECHNIQUES ET PROCESSUS D’ANALYSES

SOMMAIRE TROISIÈME PARTIE
 Champ d’application : Chimie moléculaire des produits
naturels
 Alimentation profils nutritionnels – nutrition santé
 Actifs végétaux en chimie fine, en cosmétique et
pharmaceutique
– Cas des polyphénols et des antioxydants naturels
 Chimie verte, cas du biofuel
 Intérêt
 Réglementation : allégation
 Technologique valorisation agro ressources
 Aspect méthodologique, techniques analytiques.
Méthodes d’extraction

DÉTERMINANTS DE LA QUALITÉ ET DE LA
SÉCURITÉ ALIMENTAIRE ET LEUR ÉVALUATION
 Déterminants : facteurs
de qualité et de sécurité
alimentaire aujourd’hui
Ces facteurs dépendent :
 Évolution des exigences
 Évolution des tendances
 Évolution des filières
 Dynamique des
évènements
 Recherche de valeur
ajoutée
 Évaluation :
Expertise produit / expertise analytique
conjonction
 Prise en compte des
caractéristiques du produit et de
l’analyte
 Pertinence des critères analysés
 Performance analytique
 Protocoles analytiques répondant
aux exigences règlementaires
 Maîtrise de nouvelles techniques et
appareils
 Méthode validée et accréditée
 Stratégie analytique répondant aux
attentes du client

DÉTERMINATION DE LA QUALITÉ ET DE LA
SÉCURITÉ DANS LA FILIÈRE AGRICOLE ET
ALIMENTAIRE
-> QU’EST-CE QUI LES DÉFINIT?
Déterminant exposition <-> VTR, (Valeur Toxicologique de
Référence)
Déterminant apport <-> VNR (Valeur Nutritionnelle de
Référence)
Déterminant technologique <-> VT ( Valeur Technologique)

ALIMENTATION PROFILS NUTRITIONNELS
NUTRITION SANTÉ

DE L’ANALYSE DU NUTRIMENT AU PROFIL
NUTRITIONNEL
 Dosage mono et di-saccharide par chromatographie
liquide
 Dosage Amidon méthode enzymatique
 Dosage des fibres
 Dosage des FOS
 Étiquetage pour 100g de produit :
 Glucides dont
– Sucres (g)
– Polyols (g)
– Amidon (g)
 Classification structurale des principaux glucides

CLASSIFICATION STRUCTURALE PROPOSÉE DES
PRINCIPAUX GLUCIDES (RAPPORT AFSSA)
Classe (DP) Sous-groupe Principaux composés
Sucres (1-2) Monosaccharides Glucose, galactose, fructose, tagatose
Disaccharides Saccharose, lactose, tréhalose, maltose, isomaltulose
Oligosaccharides (3-9) Malto-oligosaccharides Maltodextrines
Autres oligosaccharides Raffinose, satchyose, verbascose, ajugose (α-
galactosides), fructo-oligosaccharides, galacto-
oligosaccharides
Polysaccharides (>9) Amidon Amylose, amylopectine, amidons modifiés
Polysaccharides non
amylacés
Cellulose, hémicelluloses (ex: galactanes,
Arabinoxylanes), pectines, inuline, hydrocolloïdes
(ex:guar)
Glucides hydrogénés
(polyols)
De type monosaccharidique Sorbitol, mannitol, xylitol, érythritol
De type disaccharidique Isomalt, lactitol, maltitol
De type oligosaccharidique Sirops de maltitol, hydrolysats d’amidon hydrogénés
De type polysaccharidique Polydextrose
Source: Gray,2003

MÉTHODE DE DOSAGE DES SUCRES
 Textes de référence
 Méthode AOAC 982.14 : Glucose, Fructose, Sucrose, and
Maltose in Preweetened Céréals ; Liquid Chromatographic
méthod (1993).
 Méthode AOAC 980.13 : Fructose, Glucose, Lactose, Maltose
in Milk Chocolate Liquid Chromatographic méthod (1993)
 Méthode : HPLC réfractométrie/ HPIC ampérométrique
 Objet et domaine d’application (Notre méthode a été testée
sur des matrices diverses) :
 Pâtes, Biscuits, Céréales
 Confiture
 Produits laitiers
 Substituts de repas
Le domaine d'application est étendue aux matrices des essais
inter laboratoires.

DOSAGE DU SUCRE : EXEMPLE DE
CHROMATOGRAMME

DOSAGE DU SUCRE : EXEMPLE DE
CHROMATOGRAMME - 2

DOSAGE DES POLYOLS : EXEMPLE DE
CHROMATOGRAMME
Dosage :
chromatographie
ionique
Détection :
ampérométrie
pulsée

DOSAGE DES FOS : EXEMPLE DE
CHROMATOGRAMME
Dosage :
chromatographie
ionique
Détection :
ampérométrie

ANALYSE DES FIBRES
 Principe du protocole de dosage des fibres en 7 étapes
1. Séché
2. Dégraissé si > 3% Matières grasses
3. Gelatinisé avec α amylase
4. Hydrolyse enzymatique avec protéase (élimine les protéines)
5. Hydrolyse enzymatique avec amyloglucosidase (élimine l’amidon)
6. Précipitation des fibres par l’éthanol
7. Filtration sur fritté avec séchage-pesage
a) Partie aliquote : détermination protéine restante
b) Partie aliquote : détermination matière minérale (cendres)
 Formule de calcul simplifiée des fibres alimentaires
Fibres alimentaires = Masse de résidus – Masse (protéines + cendres) issus du résidu
Méthode de référence AOAC 985.29

PROFIL LIPIDIQUE

PROFIL LIPIDIQUE : GÉNÉRALITÉS
 Les acides gras
sont des
molécules
organiques
composées d’une
chaîne carbonée,
terminée par une
fonction
carboxylique.
 Certains acides
gras sont produits
par notre
organisme,
d’autres doivent
être apportés par
l’alimentation.
 Il existe 4 grandes
familles d’acides
gras :
 Les acides gras saturés (AGS)
 Pas de doubles liaisons
 Rôle énergétique
 On les trouve dans les viandes, charcuterie, produits
laitiers gras
 Les acides gras monoinsaturés (AGMI)
 Une seule double liaison on les trouve dans les
huiles d’olives, de colza tendance à diminuer le taux
de cholestérol
 Les acides gras polyinsaturés (AGPI)
 Plusieurs doubles liaisons possibles -> tendance à
diminuer le taux de cholestérol
 Les acides gras trans
 Géométrie de la double liaison est « trans » dans la
nature, la géométrie trans est peu fréquente.

PROFIL LIPIDIQUE : LES ACIDES GRAS OMÉGA-3
Ce sont des acides gras polyinsaturés dont la double liaison la plus
proche du CH3 terminal est portée par le 3ème carbone.
Ce sont des acides gras essentiels.
Principaux oméga-3 :
Seul oméga-3 dit
« essentiel »
Oméga-3 qui
peuvent être
synthétisés par
l’organisme ou
apporter par
certains aliments

Source d’oméga-3
- Huile de lin, huile de noix,
huile de colza
riche en ALA
- Poissons gras
riche en EPA et DHA
- Légumes verts, salades,
cheval, gibier, …10 % en ALAÉpinard
800 % en
DHA
Saumon
60 % en ALA
Huile
de noix
% ANC en Oméga-
3
ANC : Apports Nutritionnels Conseillés en Oméga 3
2g / jour pour ALA et 120 mg / jour pour DHA

Ce sont des acides gras polyinsaturés dont la double liaison la plus
proche du CH3 terminal est portée par le 6ème carbone.
Ce sont des acides gras essentiels.
Principaux oméga-6 :
Acide linoléique (AL)
C18 : 2 ω6
Seul acide gras essentiel
Acide arachidonique (AA) : C20 : 4 ω6
Acide γ-linolénique (AGL) : C18 : 3 ω6
Acide dihomo-γ-linolénique (ADGL) : C20 : 3 ω6 Ces acides gras
peuvent être
synthétisés par
l’organisme

Source d’oméga-6
Teneur en g / 100 g
Huile de tournesol 50 à 70
Margarine au tournesol 30 à 50
Graisse de poulet 10 à 30
Œuf entier 1 à10

PROFIL LIPIDIQUE : LES ACIDES GRAS SATURÉS ET TRANS
Les acides gras trans
Ce sont des acides gras insaturés possédant une ou
plusieurs insaturations.
Leur géométrie « trans » est peu fréquente dans la
nature. Ils sont essentiellement issus de techniques
industrielles comme :
- Hydrogénation catalytique
- traitements thermiques (pour les huiles)
Cependant, on peut tout de même en retrouver dans
quelques aliments comme la viande de bœuf ou les
produits laitiers (biohydrogénation ruminale).
Les 2 hydrogènes sont de part et d’autre du plan
de la liaison

PROFIL LIPIDIQUE : LES ACIDES GRAS SATURÉS ET TRANS
Exemple de rôle néfaste de ces acides gras
Quelques sociétés ont décidé de modifier, depuis le 1er mai
2007, la composition de leurs huiles de fritures de manière à
diminuer la présence de ces acides gras saturés et trans.
Leur nouvelle huile est un mélange d’huile de colza oléique,
d’huile de tournesol oléique et d’huile de colza (25/65/10).
Nouvelle huile de
friture
Ancienne huile de
friture
Taux d’acides gras
trans
- de 2 % 12 %
Taux d’acides gras
saturés
- de 10 % 15 %

PROFIL LIPIDIQUE : DOSAGE
 Dosage de la matière grasse :
 Arrêté du 08/09/1977, du 05/02/1980, NF ISO
8262-3, Weilbull,…
– Hydrolyse acide à chaud
– Extraction soxhlet de la matière grasse à
l’aide d’un solvant.
 Profil lipidique : Détermination en acide gras
saturés, mono insaturés, polyinsaturés, oméga 3,
oméga 6, EPA, DHA et acides gras Trans.
 Méthodes :
ISO 5508 – ISO 5509 – ISO 15304

PROFIL LIPIDIQUE : LES ACIDES GRAS

PROFIL LIPIDIQUE : LES ACIDES GRAS TRANS
Extrait d’un
biscuit
Extrait d’un
produit laitier
C18:1 11 trans n-7 :
 Acide Vaccénique
C18:2 conj 9c11t :
 Acide Ruménique
Présence
d’acides gras
trans naturels:

PROFIL LIPIDIQUE : DOSAGE DES STÉROLS
 Principe :
 Saponification d’une prise d’essai par une solution
éthanolique d’hydroxyde de potassium à ébullition sous
reflux.
 Isolement de l’insaponifiable par extraction en phase
solide sur une colonne d’oxyde d’aluminium.
 Séparation de la fraction stérolique de l’insaponifiable par
chromatographie sur couche mince.
 Détermination de la composition qualitative et
quantitative de la fraction stérolique par chromatographie
en phase gazeuse, en utilisant un étalon interne.
Textes de référence
Méthode NF EN ISO 12228 : Détermination de la teneur en stérols individuels
et totaux

PROFIL LIPIDIQUE : LES STÉROLS

EXEMPLE DE BULLETIN D’ANALYSE “PROFILS
LIPIDIQUES”

PROFIL SPÉCIFIQUE

VITAMINES : GÉNÉRALITÉS
 Deux familles :
 Hydrosolubles :
B1 : Thiamine
B2 : Riboflavine
B3 (PP) : Niacine
B5 : Ac Pantothénique
B6 : Pyridoxine
B8 (H) : Biotine
B9 : Ac Folique
B12 : Cobalamine
C : Ac Ascorbique
 Liposolubles
A : Rétinol
E : Alpha tocophérol
D3 : Cholécaliciférol
K 1 : Phylloquinone

 Méthode : HPLC
UV (méthode
interne)
 Objet et domaine
d’application (Notre
méthode a été testée sur des
matrices diverses ):
 Pâtes, Biscuits,
Céréales
 Compléments
alimentaires
 ….
Vitamine B12 est extraite au tampon phosphate au bain à 37°C puis
au bain à 100°C en présence d’enzymes (α-amylase et pepsine)
↓
L’extrait est ensuite purifié et concentré lors d’un passage sur
des colonnes d’immuno-affinité spécifiques à la vitamine B12
L’extrait obtenu est dosé en HPLC/phase inverse avec détection UV à 361 nm
Vitamine B12 ▲
Impuretés ■
Gel contenant des anticorps monoclonaux ●
VITAMINES : DOSAGE DE LA B12

VITAMINES : DOSAGE DE LA B12

 Méthode : NF EN 12821 (HPLC UV)
 Objet et domaine d’application (Notre méthode a été testée
sur des matrices diverses ):
 Pâtes, Biscuits, Céréales
 Huiles
 Compléments alimentaires, Substituts de repas
 Principe :
 Saponification de la vitamine D par une solution de
potasse éthanolique suivie d’une extraction à l’éther de
pétrole.
 Purification en chromatographie liquide en phase
normale pour isoler le vitamine D
 Dosage de la vitamine D par chromatographie liquide
en phase inverse avec détection UV
VITAMINES : DOSAGE DE LA D3

VITAMINES : DOSAGE DE LA D3

DOSAGE DES VITAMINES A ET E DANS LES
PRODUITS AGROALIMENTAIRES
 Méthodes
 Dosage de la vitamine A (tout-trans-rétinol et du 13-cis-rétinol)
en HPLC dans les produits alimentaires
 Dosage de la vitamine E (alpha, béta, gamma et delta-
tocophérols) en HPLC dans les produits alimentaires
 Applications
 Corps Gras : Margarines, huiles, beurres…
Texte de Référence
Vitamine A : NF EN 12823-1 (janvier 2001) ou V03-130-1 (partie 1)
Vitamine E : NF EN 12822 (janvier 2001) ou V03-132
Elément
dosé
Détection Colonne Eluant Débit
Temps de
l’injection
Volume
injecté
Vitamine
A
UV 325nm
Vitamine
E
Fluo Ex
295nm et
Em 326nm
Adsorosphere SI
5µm
(250× 4,6mm)
Isooctane
99/1
propanol-2
1
mL/min
25 à 30
minutes
100µL

DOSAGE DE LA VITAMINE C
Texte de référence :
Projet CGD4UMA-C24-/ Détermination of vitamin C in foodstuffs by HPLC
Mark.A -volume 52 , N°1,1987-Journal of Food Science-53."Détermination of
Ascorbic Acid, Erythorbic Acid,and Uric Acid in Cured Meats by HPLC"
Ann. Fals. Exp. Chim. – Juillet-Août-Septembre 1997 – N°940 pp217-233.
"Application de la chromatographie en phase liquide haute performance à la détermination
de l'acide L-ascorbique et de la vitamine C totale dans les aliments. Etude interlaboratoire"
Norme NF EN 14130 (décembre 2003) "Produits alimentaires : dosage de la
vitamine C par chromatographie liquide haute performance".

DOSAGE DE LA VITAMINE C
 Applications
 Jus de fruits, barres céréalières, biscuits, produits laitiers,
légumes
 Principe de la méthode
 Cette méthode permet le dosage de la vitamine C (forme
réduite et oxydée). Résultat exprimé en mg/100 g.
 L’acide L-ascorbique est extrait des produits à l’aide de l'acide
métaphosphorique à 2 % afin d’être analyser. La teneur en
acide L-ascorbique est déterminée par HPLC à une longueur
d’onde d’absorption de 254 nm.
 Afin d’obtenir la teneur en vitamine C totale, on effectue une
étape de réduction à l’aide de la L-cystéine sur l’acide L-
déhydroascorbique.
Acide L-déhydroascorbique + L-cystéine
 acide L-ascorbique + L-cystine
 Cette réaction se fait à un pH neutre, d'où l'ajout d'une base
(dans le cas présent le Na3PO4) ; puis ensuite on ramène à
un pH acide par ajout d'acide métaphosphorique.

DOSAGE DE LA VITAMINE C : EXEMPLE DE
CHROMATOGRAMME D’UNE COMPOTE

VITAMINES : ALLÉGATIONS
 Sources de vitamines :
Si le produit contient plus de 15 %
des AJR pour les solides.
Si le produit contient plus de 7,5
% des AJR pour les liquides.
 Riche en vitamines :
des AJR pour les solides.
des AJR pour les liquides.
Règlement CE n° 1924/2006 du 20 Décembre 2006
VITAMINES AJR
Vitamine A
Vitamine D
Vitamine E
Vitamine K
Vitamine C
Vitamine B1
Vitamine B2
Vitamine B3
Vitamine B5
Vitamine B6
Vitamine B8
Vitamine B9
Vitamine B12
800 μg
5 μg
10 mg
100 μg
60 mg
1,4 mg
1,6 mg
18 mg
6 mg
2 mg
150 μg
200 μg
1 μg

 stratégie analytique
 exemples concrets
 retour d’expérience
ACTIFS VÉGÉTAUX EN CHIMIE FINE, EN
COSMÉTIQUE ET PHARMACEUTIQUE
 Cas des polyphénols et des antioxydants naturels
 Dosage des polyphénols totaux
 Quantification des fractions actives de polyphénols

DOSAGE DES POLYPHÉNOLS TOTAUX
• extraction
• réaction avec le réactif
• courbe de calibration
 Principe
 Développement de la méthode et optimisation de
la mise en œuvre
 Choix des conditions de méthodes optimisées

MISE EN ŒUVRE DE LA MÉTHODE FOLIN
CIOCALTEU
Extraction par des alcools :
stratégie des extractions
Paramètre :
 solvant (éthanol, méthanol dilués dans l’eau)
 température
 temps
en fonction de la matrice :
chocolat, thé vert, vigne rouge, complément alimentaire, graine de soja

 choix des conditions de méthodes optimisées
 extraction
 réaction avec le réactif
 dosage spectrophotométrique (à 765 nm)
 courbe de calibration

courbe d'étalonnage
y = 0,0123x
R2
= 0,9978
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80 100 120
concentration (ppm)
Absorbance

EXPRESSION DES RÉSULTATS :
RÉSULTATS DES ESSAIS RÉALISÉS SUR LES DIFFÉRENTES
MATRICES À 20°C
Échantillons Poids de la
prise d’essai
(g)
Absorbance Concentration en
polyphénols
(mg/g)
Chocolat 1848 86%
1
2
1,03407
1,03804
0,112
0,107
18,2033
17,3242
Thé vert
1
2
1,05605
1,04778
0,276
0,291
219,6229
233,3866
Gélules Juvamine
1
2
2 comprimés
2 comprimés
0,079
0,08
(mg/2comprimés)
13,2773
13,4454
Cocktail de fruits
rouges
1
2
Dilution 1/50
Dilution 1/50
0,248
0,239
(mg/L GAE)
1042,0168
1004,2017

QUANTIFICATION DE LA FRACTION ACTIVE DES
POLYPHÉNOLS
Progrès récents en analyses :
3 exemples :
- en fonction de la matrice :
thés, extrait de raisin, chocolat, graine de soja
- en fonction polyphénols quantifiés :

Polyphénols
Acides phénoliques Flavonoïdes Tanins Stilbènes Lignanes Saponines Phytostérols/ Phytostanols
Dérivés acide benzoïque Polymères de Resvératrol Matairésinol Glycosides Campestérol
Ex: acide gallique flavonoïdes triterpéniques Stigmastérol
Dérivés acide cinnamique
Ex: acide caféique
Flavones Flavonols Isoflavones Dihydroflavonols Flavanones Anthocyanidines Flavanols
Apigénine Kaempferol Génistéine Dihydroquercétine Naringénine Cyanidine Catéchine
Chrysine Myricétine Daidzéine Hespérétine Péonidine Epicatéchine
Lutoléine Quercétine Génistine Taxifoline
Daidzine
O
OOH
OH
Chrysine
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
Quercétine
O
OOH
OH
OH
Génistéine
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Catéchine
OOH
OH
OH
OH
OH
+
Cyanidine
O
OOH
OH
OH
Naringénine
O
O
OH
OH
OH
OH
Dihydroquercétine
OH
OHOH
COOH
Acide gallique
OH
OH
OH
Trans- resveratrol
O
OH
CH3CO
OH
O
OMe
Matairésinol
OH
Campestérol
O
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OHOH
OH
OH
Tanin condensé
O
CH2
OH
CH2OAc
O
COOH
OH
OH
O
O
OH
OHCH2OH
O H
Saponine de soja

EXEMPLE 1 DE PROTOCOLE D’EXTRACTION ET DE
QUANTIFICATION DES ISOFLAVONES (TECHNIQUE DE WANG & MURPHY)
Échantillon
(à l’abri de la lumière directe)
Peser m = 200 mg Acétonitrile 10 ml
+ HCI 0,1 M (2 ml)
+ H20 (5 ml)
Extraction durant 2 heures par agitation
Filtration
Evaporation du filtrat
au rotavapor
Reprise du résidu sec dans
10 ml méthane 80 %
Filtration sur membrane de
0,45 µm
Injection en HPLC de 10
µl
détection à 260 nm
Eluant  : eau à 0,1 %
d’acide acétique
Eluant  : acétonitrile
à 0,1 % d’acide acétique
Quantification
des
isoflavones
grâce à la
gamme
d’étalonnage
Les différentes formes de ces composés sont additionnées afin de déterminer la
quantité totale en isoflavones dans l’échantillon

daidzéine
génistéine
daidzine
génistine
Isoflavones

EXEMPLE 2 : CAS DU THÉ VERT ET DU CHOCOLAT
EpiGalloCathéchineGallate (EGCG) :
 prépondérant dans le thé vert
Catéchine et épicatéchine :
 prépondérant dans le chocolat

Broyage de l’échantillon Dégraissage : - prendre une prise d’essai (5g)
- ajouter 50ml d’éther de pétrole
- mélanger pendant 30 mn et
centrifuger
- éliminer le surnageant et sécher
peser mg d’échantillon
passer aux ultra-son
pendant 15 mn
passer les fioles au bain marie à
60 °C pdt 30 mn en agitant
laisser refroidir et
compléter avec de
la solution
d’extraction
ajouter 2 / 3 de solution
d’extraction
filtrer sur Millex
injecter dans l’HPLC

Catéchines
Epicatéchines
© SGS Multilab Rouen, Yvon Gervaise – Euroforum - Polyphénols, le 12/10/04

EXEMPLE 3 : LES PHYTOSTÉROLS
Structures
Sources :
 huiles végétales
 noix
 légumineuses
 légumes
Définition : hydrocarbures
polycycliques se trouvant dans
la fraction lipidique des plantes
OH
OH
OH
campesterol
stigmastérol
sitostérol

Extraction
purification sur CCM
dérivation
dosage CPG / FID

PROGRÈS RÉCENT DES ÉVOLUTIONS
DE TECHNIQUES ANALYTIQUES
 suivant des méthodes séparatives :
- HPLC
- GC / MS / MS
 différents types de détection :
- barrettes de diode
- UV
- MS / MS

LE DOSAGE DES POLYPHÉNOLS EST UN CAS PARTICULIER
 Des antioxydants naturels :
- les caroténoïdes (Bétacarotène =
provitamine A, lycopène)
- les tocophérols (vitamine E)
- la vitamine C

AUTRES ANTIOXYDANTS NATURELS
 Les tocophérols ou vitamine E
C’est un antioxydant liposoluble que l’on trouve, entre autres, à
l’état naturel dans la sauge et le romarin, l’huile de germe de
blé, d’olive, de tournesol, de carthame.
CH3
HO
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3

 Les caroténoïdes : bétacarotène, lycopène, lutéine
(pigments)
CH3
CH3
CH3 CH3 CH3
CH3CH3
CH3
CH3
H3C
ß
carotène
CH3
CH3
CH3 CH3 CH3
CH3CH3
CH3
CH3
H3C
lycopène
Ce sont des antioxydants liposolubles que l’on retrouve dans des
légumes comme les carottes, le brocoli, la tomate, la citrouille...

 Les anthocyanes :
• pigments qui donnent une coloration rouge-violet à bleu
• principalement présent dans les baies et les fruits rouges
(cassis,
myrtilles, raisin noir)
 Les tanins condensés :
• ce sont des substances phénoliques ayant des propriétés de
fixation aux protéines
• principalement présents dans le vin et le thé où les tanins
condensés
sont essentiellement formés à partir de monomères telle que la
catéchine
 Les oligo-éléments tels que le zinc et le sélénium

AUTRES POLYPHÉNOLS
 Les flavonoïdes représentent un groupe de
polyphénols complexes dont la structure comprend
deux noyaux aromatiques et un hétérocycle oxygéné
Les principales sources naturelles sont la fraise, le thé noir
et vert, les épinards, le raisin noir...
 Les 4 oxo-flavonoïdes sont :
• les flavonols
• les citroflavonoïdes
• les isoflavones
 Ce sont des pigments de couleur jaune variable, très
abondants
dans les légumes feuilles, ou le soja pour les isoflavones

AUTRES ANTIOXYDANTS : PRINCIPALES SOURCES
Vitamine C Agrume, kiwi, fraise, papaye, melon, brocoli, chou de
Bruxelles, chou-fleur
Vitamine E Germe de blé, noix, graines et huiles végétales tirées de ces
aliments, également olive et tournesol
Bétacarotène Soja, baies et fruits rouges, thé, vin
Sélénium Céréales, viandes, volailles et poissons
Zinc Foie, viandes, légumineuses, produits laitiers, noix et graines

LYCOPÈNE : MÉTHODE D’ANALYSE
Échantillon
(à l’abri de la lumière directe)
Peser m = 20 g Saponification de
l’échantillon pour
1 solution de potasse
éthandique
Extraction du lycopène par l’éther de pétrole (3 fois)
Evaporation de l’éther de pétrole et reprise du
résidu dans la phase mobile
(CH3CN / MeOH / THF 55 : 35 : 10)
Calcul de la teneur en lycopène
par comparaison d’une gamme
étalon injectée dans les mêmes
conditions
Injection en HPLC / visible ( = 473nm)
Traitement des données


Lycopene

L’analyse permet de déterminer des teneurs en polyphénols de
l’ordre de 0,1 %
Pour la quantification, nécessité d’un étalon de référence
Exemple :
OPC (Oligomère Procyanidolique), difficulté d’obtenir CRM
(Certified Reference Material)
LE DOSAGE DES POLYPHÉNOLS EST UN CAS PARTICULIER

VITAMINE E
Échantillon Peser m = 20 mg Saponification de
l’échantillon par 1
solution de potasse
éthalonique
Extraction de la vitamine E par l’éther de pétrole
Evaporation de l’éther de
pétrole et reprise dans un
volume précis d’héxane
Injection en HPLC phase normale avec
détection fluorimétrie, phase mobile :
triméthylpentane / isopropanol 99/1
Calcul de la
teneur en
Vitamine E par
comparaison
avec une
gamme étalon
injectée dans
les mêmes
conditions
Traitement
des
données

DES SOURCES PLUS OU MOINS RICHES EN POLYPHÉNOLS
Les polyphénols sont les antioxydants les plus abondants.
L’Homme en ingère avec ses aliments environ 1g / jour.
Jus d’orange (1 verre)
100 – 2 000 mg (Hespérétine, naringénine)
Oignon (100g frais)
100 – 2 000 mg (Quercétine)
Vin rouge (1 verre)
100 – 400 mg (Catéchine et dérivés)
Café (1 tasse)
100 - 300mg
Thé (1 tasse)
150 – 200 mg
(Gallate d’épigallocatéchine EGCG)
Tomate (100g frais)
85 – 130 mg

DES SOURCES PLUS OU MOINS RICHES EN POLYPHÉNOLS
Les polyphénols sont les antioxydants les plus abondants.
L’Homme en ingère avec ses aliments environ 1g / jour.
Source: L. Bravo [Nutr. Rev. 1998, 56: 317- 33]
Baies (100 g frais)
50 - 1 200 mg
Pomme (frais)
30 - 300 mg (Acide chlorogénique)
Légumes secs (100g secs)
30 - 1 700 mg
Vin blanc (1 verre)
20 – 30 mg ( Resvératrol)
Bière (1 verre) 20 - 30 mg

CONCLUSION SUR LES POLYPHÉNOLS
 Posséder un protocole d’extraction adapté à l’antioxydant
recherché. Celui-ci doit être soluble dans le solvant
d’extraction (ex : Bêtacarotène soluble dans l’éther)
 Prendre en compte les propriétés de l’antioxydant : la
plupart sont photosensibles, il faut donc travailler à l’abri de
la lumière directe
 Posséder les solutions de référence adéquates (étalons)
 Déterminer la détection adéquate (UV, visible, fluorimétrie)

CONCLUSION SUR LES POLYPHÉNOLS
 Polyphénols : teneurs et allégations
Riches en catéchine, source de polyphénols, ils ne sont
pourtant pas encore autorisés à ce jour
L’analyse quantitative permet des progrès dans ce sens.

CONCLUSION TROISIÈME PARTIE
Une nouvelle ère s’ouvre, la chimie des produits naturels.
Caractérisation des produits (subtances profiling, fractions lipidiques,
glucidiques …>
Vers la chimie verte est un défi pour l’innovation et pour notre
environnement.
Ce défi se présente aujourd’hui aux ingénieurs chimistes.

TWITTER ANTICIPER LES ÉVOLUTIONS STRATÉGIE
D’INTERACTION ET DE CODÉVELOPPEMENT
 Évolution technique / marché
 Normes
 Réglement
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une veille scientifique, technique, réglementaire
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produit - procédé
 Veille normative
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- Intérêt
- Aspects industriels
Méthodes d’isolement & de séparation
de molécules biologiques
CHAMP D’APPLICATION ET NOUVEAUX ENJEUX

CHIMIE DURABLE
 Contexte de ce cours : 2 enjeux
 Chimie durable (Sus Chem : Sustainable Chemistry)
 Chimie du végétal : enjeux et perspectives
1) Valorisation agro-ressource
2) Valorisation agro-alimentaire
– Biochimie, allégation, système 4S (Satisfaction,
Santé, Sécurité, Service)

CHIMIE DURABLE
 Chimie verte : définition
 Chimie du végétal  chimie verte
– 50 % principe de la
chimie verte
– Recours aux ressources
renouvelables
– Réduire l’empreinte carbone
– Mise au point de procédés
économes (enzymes, levures)

CHIMIE DU VÉGÉTAL ET LEVIERS D’INNOVATION
 Recherche et développement
 Polymère de performance
– Huile de ricin – Arkema polyamide
 La règlementation qui restreint l’utilisation de certaines
substances
 L’isosorbide de Roquette dérivé de l’amidon et qui remplace
certains phtalates
 Les mousses de polyuréthane pour les automobiles plus
« verte »
 La demande de marchés sensibles pour les produits issus du
végétal
 Soins : Europerlan de Cognis, cire qui donne un aspect nacrant
aux shampoing et gels douches
 Hôpitaux et crèche : revêtement de sols biosourcés
 Agronomie : guar modifié pour les traitements phytosanitaires
de précision

PORTEFEUILLE MOLÉCULAIRE /
LES FORMULES DE BASE
 Tout un portefeuille d’innovation se développent, stimulé par
la nécessité de réduire la dépendance au pétrole et par les
exigences de développement durable.
LES FAMILLES DE BASE
Les amidons
et dérivés
- Sucres
- Alcools
- Polyols
- Poudres
Les lipides et
dérivés
- Triglycérides
- Glycérol
- Esters
- Acides
La chimie du bois
- Lignine
- Cellulose
- Colophane
- Essence de
térébenthine
- Terpènes
- Résines
Les protéines et
dérivés
- Formes
variées
- Acides aminés
- …

DES RESSOURCES COMPLÉMENTAIRES,
RENOUVELABLES
- Huiles
- Amidon
- Lignine
- Cellulose
- Protéine
- Résines…
- Alcools
- Acides gras
- Fibres
- Polymères
- Acide succinique
- PLA
- Ac Acétique
- Polyols
- Isosorbide
- Terpènes
- Flavonoïdes
- EMC
BIOMASSE

UN EXEMPLE DE MOLÉCULE PLATEFORME :
L’ACIDE SUCCINIQUE
Plastiques
biosourcés
Produits
pharmaceutiques Pyrrolidones
Plastifiants
Agents de surface
et pigments
Produits anti-gel1,4 BDO/THFMétallisation
Polyuréthane
Solvants
Exhausteurs
de goût

DÉTERMINATION DU CONTENU BIOSOURCÉ
PRINCIPE POUR LES PRODUITS DE SYNTHÈSE
Enregistrement
échantillonnage
Déclaration
produit et info
process
Contenu en
carbone
biosourcé
Composition
élémentaire
Test C14
(ASTM 6866)
Analyse
élémentaire
Contenu
biosourcé
Vérification
certificationDéposant
Laboratoire
Certificateur

AGRO-INDUSTRIE, UN PROCESSUS GÉNÉRIQUE
Transformation
AGRO-RESSOURCES
AGRO-RESSOURCES
AGRO-RESSOURCES CO-PRODUITS
Produits finis
Intrants
 Agro-ressources = Matières premières d’origine végétale ou
animale

Fermentation
anaérobie
Réactions
biochimiquesBetterave
sucrière
Maïs
Blé
Bioethanol/ biomethanol
addition à 5%
CO2
Addition
Biocarburant
Bioethanol
15% max
In out In Out In
Pomme
de terre
ETBE
Isobutylen
(53%)
Broyage
humide
In out
Extraction
In out
Canne
à sucre
Amidon
Sucres
Biomasse
BIOETHANOL
Pellets
Drêches
DDGS
HuileEau
Eau
Ether éthyle
tertiobutyle

CHIMIE VERTE, CAS DU BIODIESEL
 Qu’est-ce que le biodiesel?
 Ce biocarburant est obtenu à partir d‘huile végétale
ou animale, transformée par un procédé chimique
appelé transestérification faisant réagir cette huile
avec un alcool (méthanol ou éthanol).
 Les proportions approximatives pour la réaction
sont :
10 litres d'huiles + 1 litre d'alcool --> 10 litres de
biodiesel et 1 litre de glycérine.

BIODIESEL : ORIGINE DE LA MATIÈRE PREMIÈRE
ET STRUCTURE MOLÉCULAIRE
 Le biodiesel peut être fabriqué à
partir :
 D’huiles végétales telles que l’huile de
tournesol, le canola (une variante du colza),
 D’huiles de graines de coton, huile de palme,
etc…
 Les huiles de friture déjà utilisées dans des
restaurants
 Les corps gras animaux tels que le saindoux
 Les huiles usées qui se retrouvent à la
surface des eaux en station d’épuration

STRUCTURE MOLÉCULAIRE DU PRODUIT
D’ORIGINE NATURELLE
Toutes les huiles végétales et animales consistent
principalement de molécules de glycérine comme
indiqué dans le schéma ci-dessous :

FORMATION DU BIODIESEL
Schéma de la formation du Biodiesel
Cette réaction de transestérification consiste en la réaction
d’un alcool et des esters gras pour former des esters de
cet alcool et de la glycérine. La réaction chimique avec le
méthanol est présentée schématiquement ci-dessous :

DIFFÉRENTS TYPES DE BIODIESEL
 Les propriétés du biodiesel sont
déterminées par la proportion de
chaque corps gras utilisés pour
produire les esters d’alcool.

COMPOSITION DE DIFFÉRENTES HUILES ET CORPS GRAS

STRUCTURE DES COMPOSÉS D’ORIGINE NATURELLE
 Les corps gras sont identifiés par deux nombres : le premier
indique la quantité d’atomes de carbone présents et le second est
le nombre de liens doubles présents dans la chaîne.
 Les noms courants des corps gras présentés dans le tableau en
page suivante sont :
 14:0 Acide myristique (ou acide tétradécanoïque)
 16:0 Acide Palmitique (ou acide hexadécanoïque)
 18:0 Acide Stéarique (ou acide octadécanoïque)
 18:1 Acide oléïque
 18:2 Acide linoléïque
 18:3 Acide octadécatriénoïque
 20:0 Acide arachidique (acide eicosanoïque)
 22:1 Acide érucique

EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN ESTER

CHIMIE VERTE ET SPÉCIFICATION TECHNIQUE DU BIODIESEL

EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME SUR UN ESTER

EXEMPLE DE CHROMATOGRAMME
SUR UN ESTER ÉTHYLIQUE

BIODIESEL
Pomme
Transestérification
Soja
Colza
Glycerol
Addition
Biocarburant
BiodieselIn out InTournesol
Broyage
Extraction
In out
Huile
NaOH
Méthanol
Bioéthanol
Huile
raffinée
Solvants
Tourteaux
Huile
brute
out

BIODIESEL

CHIMIE VERTE – CHIMIE DU VÉGÉTAL
 Définition :
« Ensemble des principes et techniques permettant de réduire
ou éliminer l'usage ou la formation de substances
dangereuses et/ou toxiques dans la conception, la production
et l'utilisation des produits chimiques »
 Eco-conception appliquée au domaine de la chimie
industrielle (carburants, plastiques, cosmétiques, additifs…)
 Cycle de vie des matériaux/produits

Ressources fossiles et
Réchauffement
climatique
• Réduction/
suppression des
prélèvements de
pétrole et minéraux
• Réduction des
émissions de GES
• Process plus sobres
en énergie
Ecosystèmes et
biodiversité
• Limitation des
pollutions
(eau, air, sol)
• Non écotoxicité en
fin de vie
(lixiviats, résidus de
biodégradation)
• Moindre
dégradation des
écosystèmes lors
de l’extraction des
MP
Préservation de la
Santé humaine
• Mat.1ères et additifs
non toxiques
(SVHC, perturbateurs
endocriniens, vPvB, …
• Non toxicité à l’usage
et dans le temps
Valorisation des
déchets et co-produits
• Transformation des
déchets en ressources
• Économie de matières
1ères
• Pas de compétition
avec les cultures
vivrières
AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX

BIO-PLASTIQUES ET BIO-COMPOSITES
 4 catégories d’agro-ressources
Synthèse
des bio-
plastiques
Huiles
végétales
Amidon Sucre
Lignocellulose

EXEMPLE DU POLYAMIDE 11 - RILSAN®
NH2
Acide amino-11 undécanoïque
PA 11
100% bio-sourcé52% bio-sourcé20/90% bio-sourcé
85% acide ricinoléique
Graines de ricin

EXEMPLE DU BIOMAX® PTT 1100
1,3 bio-propanediolAmidon
Acide téréphtalique
37% bio-sourcé
Maïs
Pétrole

EXEMPLE DU BIO-PET
mono
éthylène
glycol (MEG)
Acide
téréphtalique
22,5% bio-
PET (bio-
sourcé)
52,5% PET
(primaire)
25% r-PET
(secondaire)
mélasse
(co-produit de canne à sucre)
pétrole
Plastique recyclé

EXEMPLE DU COMPOSITE LINTEX®
Résine PP
ou résine Epoxy
Pétrole
Lin technique
Fibres de lin Longues
Fiber Shell® EcoFiber
 50% fibres tissées + résine PA
Nautisme (Kayak…)
 Fibres non tissées + résine PE

149© Yvon Gervaise, SGS MULTILAB ROUEN – octobre 2017 – Cours Conférence à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes Source:
http://earthsci.org/
Le Carbone 14 :
un traceur
 Période radioactive du 14C :
5730 ans
 Émetteur b

150© Yvon Gervaise, SGS MULTILAB ROUEN – octobre 2017 – Cours Conférence à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes Source:
http://earthsci.org/
LE CYCLE DU CARBONE 14
 Piégeage du 14CO2 par les organismes
vivants
 A la mort de ces organismes,
désintégration du 14C en 14N

LA NORME ASTM-D6866
Méthode Appareillage Méthode de calcul
Méthode A:
Piégeage CO2 puis LSC
(Liquid Scintillation
Counting)
- Oxidizer
- Compteur
scintillation liquide
Comparaison au 14C SRM
acide oxalique, traité
comme un échantillon
Méthode B:
AMS (Accelerator Mass
Spectrometry) + IRMS
(Isotope Ratio Mass
Spectrometry)
- Oxidizer
- AMS
- IRMS
Mesure des ratios 14C/ 12C
et 13C/ 12C et
comparaison aux ratios
14C/ 12C et 13C/ 12C de
matériaux de référence
Méthode C:
Synthèse de benzène
puis LSC (Liquid
Scintillation Counting)
- Unité de synthèse de
benzène
- Compteur
scintillation liquide
Comparaison au 14C SRM
acide oxalique, traité
comme un échantillon

PRINCIPE DE L’ANALYSE
1- combustion
de l’échantillon :
C + O2 → CO2
2- formation de
12CO2 et 14CO2
3- émission d’un
e- (particule b)
lors de la
désintégration du
14C en 14N
4- comptage du
nombre d’e- émis
par scintillation
liquide
Source : www.signonsandiego.com
Principe de la scintillation liquide

0,00
3,36
6,72
10,08
13,44
0 5730 11460 17190 22920 28650 34380 40110
temps (années)
Nombrededésintégrationsparmin.et
parg.decarbone
T 2T 3T
12,5% CO2
biomasse
25% CO2
biomasse
50% CO2
biomasse
Origine
végétale
Origine
chimique
calcul du pourcentage de
carbone d’origine biosourcée
d’après la courbe de
décroissance radioactive
(// datation au 14C)
PRINCIPE DU CALCUL

 74% du CO2 produit pendant la combustion est
d’origine biologique, 26% est d’origine fossile
 74% du carbone total de l’échantillon est
d’origine biologique et 26% d’origine fossile
 L’incinération de l’échantillon (~ déchet)
produit :
 26% de CO2 créé
 74% de CO2 bioressourçable
MESURE DU 14C :
EXEMPLE DE RÉSULTAT & INTERPRÉTATION
Biomass
74%
Fossil
26%
Indique la proportion
de carbone d’origine
biologique et d’origine
pétrochimiqueD’origine biologique ≠
biodégradable

PERFORMANCE DANS L’ANALYSE ET DE L’EXPERTISE
ENJEUX ET VALEUR AJOUTÉE POUR NOS CLIENTS
Information et
exigence du
consommateur
Conformité :
. Réglementaire
. REACh
Prise en compte
globale ACV, GES,
GHS
Relation Produit/santé/environnement
Exemple perturbateur endocrinien
Surveillance matière
première, impact
réglementaire REACh
Tendance chimie verte
Actifs végétaux
Tendance
environnementale
écolabel
Valeur
d’usage
Additifs
Innovation
Recherche
Exigence
particulière
nouveau règlement
cosmétique/
pesticides
Sécurité des
ingrédients
Valorisation du produit et
sous-produit - filière
Votre
produit
Votre
matière
première
Cahier des
charges client
Produit
Procédé

LE CHALLENGE TECHNOLOGIQUE PORTEUR
D’AVENIR : LES CLÉS DU FUTUR
…>Toute prévision de l’avenir est un appel à l’action…
 Tout change une fois qu’on a écarté le voile de l’ignorance
 Même la peur devient un moteur de l’action et de la force
créatrice
 “la vie de l’entreprise est une “cathédrale”, il faut la
rêver avant de la vivre, la rêver pour la vivre”. J. Attali
PRÉVOIR L’AVENIR DONNE VIE

TWITTER ANTICIPER LES ÉVOLUTIONS
STRATÉGIE D’INTERACTION ET DE
CODÉVELOPPEMENT
 Évolution technique / marché
 Normes
 Réglement
 http://twitter.com/expertscience
– Information en temps réel (1600 comptes officiels)
– Laboratoire SGS Multilab partenaire capable d’assurer
une veille scientifique, technique, réglementaire
– Monde connecté, interaction
 Veille scientifique, analytique, et
produit - procédé
 Veille normative
 Veille réglementaire
-> Nouvel outil : twitter
@expertscience

INTERACTIONS RELATIONS EXTÉRIEURES
 SGS MULTILAB, UN LABORATOIRE CONNECTÉ
 https://mobile.twitter.com/expertscience/status/483882987285917696
 BIENVENUE DANS L’ESPACE NUMÉRIQUE

LA CRÉATION DE @WASTEVALORISATIONMANAGER
 Projet réalisé par les Ingénieurs de SGS Multilab
 Travail collaboratif des Equipes
 Ecotoxicologie
 Ingénieur chimiste
 Ingénieur optimisation processus et data processing

LA CRÉATION DE @WASTEVALORISATIONMANAGER
 Un processus d’innovation et de valeur ajoutée facteur de
compétitivité et performance pour l’industriel et le
prestataire.
 Innovation technique
 Robotisation et automatisation processus Intellectuel.
 Naissance à SGS Multilab @wastevalorisationManager

 Une évolution des préoccupations
 Contexte incertain – besoin de confiance – crédibilité – compétence
 Pari de l’intelligence – stratégie analytique optimisée et pertinente
 Une intégration des tendances
 Rapprochement des univers en interaction dans l’approche de
l’analyse
– Chimique / environnemental / alimentaire / agricole / santé / exposition
 Une innovation permanente …
 Technique et instrumentale
 Numérique, robotique et multidisciplinaire
 Une mission
 Valorisation et sécurisation de vos produits
 Sécurisation / mutation / innovation
 Un développement
 Multiplicité des champs d’intervention
 Des opportunités : recrutements…
DIVERSITÉ DES TECHNIQUES ET DES
APPLICATIONS DE L’ANALYSE CONCLUSION
UN DÉFI ET UNE INNOVATION PERMANENTE

Yvon GERVAISE yvon.gervaise@sgs.com
Identité numérique : http://www.expertscience.fr : http://twitter.com/expertscience
http://expertscience.over-blog.com
http://fr.slideshare.net/mobile/expertscience
https://plus.google.com/+YvonGervaise
http://www.scoop.it/t/expertscience
www.sgsgroup.fr
Directeur, SGS Multilab Rouen
65 rue Ettore Bugatti - BP 90014 - 76801 Saint Etienne du Rouvray
t 02 35 07 91 80 f 02 35 07 91 25
« Demain est moins à découvrir qu’à inventer »
Merci de votre attention
Gaston Berger, philosophe

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