Méthodes d’extraction

Au fil des années, des équipes de recherche ont fait de grands efforts pour développer des méthodes fiables et efficaces pour extraire les composés volatils à partir de plusieurs types de substrats. Diverses méthodes d'extraction existent. Chacune de ces techniques a ses avantages et ses inconvénients.

Les composés volatils dans les produits laitiers sont distribués d’une façon très hétérogène et se trouvent à l’état de traces (Mariaca & Bosset, 1997). Afin de pouvoir détecter les changements des profils aromatiques, des méthodes d'analyse très sophistiquées sont appliquées en plus des tests sensoriels (Imhof & Bosset, 1994). D’un autre côté, il est très important que les techniques d’extraction utilisées ne créent ni n’introduisent de composés volatils contaminants (Marsili, 2000).

Plusieurs méthodes d’extractions des composés volatils des produits laitiers ont été développées telles que: la distillation à la vapeur (en anglais: steam distillation), l’extraction à l’aide d’un solvant (en anglais: solvent extraction), la distillation-extraction simultanée (en anglais: simultaneous distillation-extraction), l’évaporation de flaveurs assistée par solvant (en anglais: solvent-assisted flavor evaporation), l’analyse statique et dynamique d’espace de tête ou d’effluve (en anglais: headspace) et la microextraction en phase solide (en anglais: solid-phase microextraction).

Le choix d'une technique dépend de plusieurs facteurs, notamment du nombre d'échantillons à tester, du type de l’échantillon, des limites de détection souhaitées et de la précision requise (Marsili, 2000).

-La distillation à la vapeur est l’une des plus anciennes techniques utilisées pour séparer les composés volatils à partir de la matière non volatile. Malgré la rapidité et la simplicité de cette méthode, la température élevée appliquée durant la distillation peut conduire à la formation d’artefact (Reineccius, 2006).

-La méthode d’extraction à l’aide d’un solvant utilise le plus couramment l’éther di- éthylique bien qu’il ait été montré qu’il est moins efficace que d’autres solvants (Alewijn et al. 2003). Prosoki et al. (2007) ont montré que l’éther di-éthylique est capable de récupérer seulement 35 composés de la poudre de lactosérum comparativement à 37 et 42 composés récupérés en utilisant respectivement le formiate de méthyle et le chlorure de méthylène. Selon Alewijn et al. (2003), l’acétonitrile est capable de dissoudre la quasi-totalité des composés dérivés de lipides et ainsi est considéré comme un solvant de qualité pour l’extraction des composés volatils des fromages. Cependant, sa toxicité le rend dangereux à manipuler et à utiliser en chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie. Malgré ces résultats, l’éther di-éthylique est utilisé dans de nombreuses recherches concernant les saveurs des produits laitiers (Drake et al. 2010).

-La méthode de distillation et extraction simultanée de Nickerson et Likens (1966) permet, tel que son nom l’indique, une distillation et une extraction simultanées à l’aide d’un solvant (Chaintreau, 2001). Elle consiste à chauffer séparément le solvant et l’échantillon mélangé avec de l’eau. Les vapeurs obtenues se mélangent et se condensent ensuite selon leur densité (Mariaca et Bosset, 1997). La température élevée utilisée lors de l’extraction peut conduire à la formation d’artefacts (Majcher et Jelen, 2009). Pour éviter ce problème, Maignial et al. (1992) cité par Mariaca et Bosset (1997) ont proposé un système de travail sous une pression réduite et une basse température (20 à 40°C).

-La méthode d’analyse d’espace de tête est simple et rapide. Elle implique l’établissement d’un équilibre entre l’échantillon et la phase gazeuse, puis l’injection des molécules présentes dans l’espace de tête dans un chromatographe en phase gazeuse (Friedrich et Acree, 1998). Cette technique présente plusieurs avantages. Il est possible d’analyser des molécules de faible poids moléculaire sans la présence d'un solvant. Elle peut être aussi automatisée (Wampler, 2001). Cependant, elle est limitée par le niveau

chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, ils doivent avoir une concentration égale ou supérieure à 10-5 g/L. Or la concentration des composés volatils dans un aliment varie entre 10-11 et 10-4 g/L. Par conséquent, seuls les produits abondants seront détectés (Friedrich et Acree, 1998).

- La méthode d’évaporation de flaveurs assistée par solvants permet l’extraction de composés volatils à partir de liquides (lait, bière, etc.) et de suspensions aqueuses d’aliments (pulpes de fruits etc.) ou de matrices très huileuses (Engel et al. 1999). Par comparaison avec d’autres techniques d’extraction, la méthode d’évaporation de flaveurs assistée par solvants peut donner des rendements plus élevés en substances volatiles et aromatiques polaires. Elle permet la quantification et la récupération de composés volatils polaires et labiles se trouvant sous forme de traces dans des échantillons complexes (Engel et al. 1999).

- La microextraction en phase solide a été développée par le professeur Janusz Pawliszyn de l’Université de Waterloo au début des années 90 comme méthode de préparation des échantillons pour l'analyse chromatographique sans utilisation de solvants (Arthur et Pawliszyn, 1990; Zhang et al. 1994). Le principe de cette technique consiste à exposer un échantillon (liquide ou gazeux) à une petite fibre de silice fondue recouverte d’une phase solide appropriée au produit à analyser (Quach et al. 1999). Si l’échantillon est formé de liquides complexes, la fibre sera exposée à l’espace de tête afin d’éviter son endommagement. Ainsi, elle adsorbera les composés d’intérêts dans la phase gazeuse située au-dessus de la matrice liquide ou solide (Lee et al. 2003).

Tel que montré au Tableau 2.3, plusieurs types de fibres existent selon les caractéristiques des composés à extraire. Elles différent par la nature de la phase polymérique qui les enveloppe (Falcó & Moya, 2007).

Tableau 2.3: Type de fibre utilisée en microextraction en phase solide (Adapté de Falcó & Moya, 2007)

Type de revêtement Épaisseur du revêtement _(µm) Température maximale (°C) Application Fibres non polaires

Polydiméthylsiloxane 100 30 7 280 280

340 Composés non polaires

Fibres polaires

Polyacrylate 85 320 Composés polaires

Carbowax-divinylbenzene 65 265 Composés organiques polaires

Résine Carbowax matricée 50 -- Agent tensio-actif anionique

Fibres bipolaires Polydiméthylsiloxane- divinylbenzene (PDMS-DVB) 60 -- Hydrocarbures aromatiques, solvants, etc. Carboxen- Polydiméthylsiloxane 75 320 Hydrocarbures et composés organiques volatils Divinylbenzene-Carboxen- Polydiméthylsiloxane 30 55 300 --

Les composés volatils ainsi concentrés sur la fibre seront désorbés dans l’injecteur d’un chromatographe en phase gazeuse couplé à un détecteur spécifique. Une combinaison de la microextraction en phase solide et de la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse a été utilisée pour caractériser la saveur du lait et du fromage (Chin et al. 1996; Marsili, 1999).

Selon Marsili (2000) et Marshall (2003), la méthode d’extraction par microextraction en phase solide présente plusieurs avantages qui soutiennent son utilisation:

- Elle permet d’analyser des échantillons de tailles variables;

- Ses limites de détection sont très basses;

- Elle peut être automatisée;

- Le temps de préparation de l’échantillon est court;

- Le matériel requis n’est pas coûteux;

- Sa précision par comparaison avec d’autres techniques d’échantillonnage est plus élevée;

- Elle ne requiert pas l’utilisation de solvant.