Techniques d’étude et de caractérisation du polymorphisme

L’analyse thermique adopte un ensemble de techniques (thermogravimétrie, dilatométrie, thermomécanique, thermo-optique et calorimétrie) dans lesquelles la propriété d’une substance étudiée est déterminée en fonction de la température et du programme de température appliqués. Ces techniques permettent l’évaluation du comportement des matrices liquides, solides cristallines ou amorphes, mais aussi des changements physiques et chimiques dans un environnement contrôlé en termes de variation de température. Les évènements se produisant sont enregistrés dans un thermogramme et peuvent être endothermiques (fusion, ébullition, sublimation, évaporation, désolvantation, transitions de phase solide-solide et dégradation chimique) ou exothermiques (cristallisation et décomposition oxydative). Des paramètres physiques et des propriétés structurales sont déterminés (Ahuja et Jesperson, 2006 ; Relkin, 2006).

La calorimétrie différentielle à balayage ou DSC (differential scanning calorimetry) est une technique thermoanalytique, qui permet de suivre les changements des propriétés physiques et chimiques des matériaux en fonction de la température. Ceci se base sur la détection des changements de chaleur associés aux processus relatifs aux propriétés évoquées (Biliaderis, 1983). La mesure des changements d’absorption de la chaleur en fonction de la température de l’échantillon permet l’obtention d’un profil de fusion pour celui-ci dans lequel est retracé son historique thermique (passage par divers états cristallins lors de la transition de phase solide-liquide) (O’Brien, 2008).

L’application de la DSC dans les échantillons alimentaires et biologiques présente plusieurs avantages, car cette technique calorimétrique ne nécessite pas une expérimentation exhaustive dans le temps. En outre, l’échantillon ne subit aucun traitement chimique pour sa préparation (non utilisation de produits chimiques pouvant présenter des risques pour le manipulateur et l’environnement). Elle est également utilisée pour les tests de stabilité oxydative et la détermination de la durée de vie de produits alimentaires (Chiavaro, 2014).

6.2.5.2. Résonance magnétique nucléaire

La résonance magnétique nucléaire (RMN ou nuclear magnetic resonance NMR) est considérée comme une méthode spectroscopique polyvalente et incontournable dans les domaines les plus

49 divers (chimie et biologie). Elle est impliquée dans l’analyse quantitative mais aussi structurale et permet d’analyser les échantillons à l’état liquide ou solide (Rouessac et Rouessac, 2004). De manière similaire aux autres formes de la spectroscopie moléculaire, le phénomène de la RMN est associé à l’absorption et à l’émission de l’énergie. Par contre, la différence avec les autres spectroscopies est que l’absorption de l’énergie en RMN a lieu uniquement dans un champ magnétique. Ainsi, certains noyaux atomiques se comportent comme des barreaux magnétiques microscopiques (Paré et Bélanger, 1997) et la RMN résulte de l’absorption de l’énergie par un noyau changeant son orientation de spin dans un champ magnétique. Généralement, les protons sont les noyaux les plus étudiés et leurs spectres de résonance sont caractéristiques des divers groupes dans la molécule (Van Holde, 2006).

La technique RMN pulsée basse résolution ou p-NMR (pulsed nuclear resonance magnetic) utilise un champ magnétique continu externe, ainsi qu’une pulsation de radiofréquence qui interagit avec les moments magnétiques naturels de l’échantillon. Les temps de relaxation du noyau d’hydrogène associés à ces évènements sont mesurés en fonction du temps (Chiavaro, 2014). La quantité de solide formée suite à la cristallisation des TAG dans les corps gras est déterminée par p-NMR et est définie comme étant le taux de solide (SFC pour solid fat content). Le calcul de celui-ci se base sur les différents temps de relaxation des noyaux présents dans la phase liquide par rapport à ceux dans la phase solide. Les noyaux dans la phase liquide relaxent plus lentement (70 µs) par rapport à ceux de la phase solide (< 10 µs) (Hui et al., 2006, chiavaro, 2014).

6.2.5.3. Microscopie à lumière polarisée

L’étude de la microstructure cristalline des corps gras devient de plus en plus d’importance capitale car les propriétés fonctionnelles de plusieurs aliments dépendent de leur structure fine. La microstructure est fortement dépendante de la composition du corps gras, du comportement à la cristallisation (polymorphisme) et des caractéristiques de la microstructure qui déterminent les propriétés physiques de celui-ci. Le succès du processus de mesure par la microscopie nécessite le respect d’étapes primordiales : i) obtention d’une image véritablement représentative de l’échantillon à analyser, ii) un choix judicieux de la méthode d’analyse pour ce dernier et iii) interprétation des données (Gioielli et al., 2003).

La microscopie à lumière polarisée PLM est une technique de la microscopie optique, communément utilisée pour évaluer la microstructure des réseaux cristallins formés lors de la cristallisation. Elle est particulièrement utile pour évaluer les premiers stades de la

Figure 18 : photographies du Pituranthos à balai (P. scoparius) (Pituranthos scoparius dite aussi Deverra scoparia (Coss & Durieu) Benth. & Hook. ex Schinz). (A) tiges de la plante s’élançant dans tous les sens, (B) ombelle de la plante (vue d’en bas), (C) tiges et fleurs de la

50 cristallisation, pouvant détecter de minuscules cristaux (1-3 µm) (Chiavaro, 2014). Elle permet une observation directe des cristaux de TAG dans l’échantillon grâce à leur biréfringence : la phase solide non isotropique réfracte la lumière différemment par rapport à la phase liquide isotropique. Les cristaux apparaissent alors brillants (blanchâtres) entre deux filtres polarisés croisés, alors que l’huile liquide devient obscure (fond gris-noir ou noirâtre) (Narine et Marangoni, 1999 ; Acevedo et Marangoni, 2015).

Les cristaux des corps gras vu sous la lumière du microscope sont au fait des clusters de plusieurs cristaux individuels. Un refroidissement rapide engendre de petits cristaux, alors qu’un refroidissement lent produit de grands cristaux très visibles. Cependant, ce sont les conditions du process qui déterminent la taille des clusters et non la taille des cristaux (Timms, 1984).

Le diamètre des cristaux doit être inférieur à 30 µm pour les huiles et les graisses destinées pour des applications dans des produits alimentaires, afin de prévenir la sensation graineuse dans la bouche. La dispersion cristalline sous forme de petits cristaux (en nombre important dans le corps gras) favorise le développement de propriétés désirables et recherchées dans le produit, telle que la tartinabilité (Herrera et al., 1998).

7. Description botanique et synthèse des travaux réalisés sur les plantes étudiées