Biologie de la Nutrition Semestre 3 :
Intitulé de l’UE : UEM1
Intitulé de la matière : Analyse des matières alimentaires Crédits : 5
Coefficients : 3
Objectifs de l’enseignement (Décrire ce que l’étudiant est censé avoir acquis comme compétences après le succès en cette matière – maximum 3 lignes).
Le développement scientifique de la science alimentaire nécessite dans la majorité des cas des méthodes d’investigation et des techniques de mesure. Ces techniques qui utilisent les principes classiques s’avèrent insuffisantes pour déterminer la composition chimique et les caractéristiques physico-chimiques d’une matière alimentaire dans tous ses états. C’est pour cela, que d’autres techniques permettant de satisfaire de nouvelles exigences ont vu le jour.
Désormais, il existe tout un arsenal analytique, qui va des méthodes physico-chimiques aux méthodes biologiques en passant par les méthodes microbiologiques qui permettent en plus de la connaissance approfondie des nutriments, de mesurer leur efficacité. Ce module traite des principes de ces différentes méthodes analytiques d’origine végétale ou animale et comprend en plus d’un volume théorique de cours, une série de travaux pratiques qui traitera de l’analyse des différents systèmes alimentaires.
Connaissances préalables recommandées (descriptif succinct des connaissances Contenu de la matière :
- But de l’analyse alimentaire. Point de vue hygiénique et nutritionnel. Aspect légal.
- Contrôle de la qualité - Législation alimentaire
- Opérations préliminaires au contrôle alimentaire
- Méthodes de dosages des différents constituants alimentaires - Toxicologie
- Principes fondamentaux de toxicologie - Législation
- Principes toxiques susceptibles d’être présents dans les aliments - Substances antinutritionnelles
- Métaux lourds - Les sycotoxines
- Les contaminants du sol
- Les additifs autorisés et non autorisés - Les résidus d’emballage, de pesticides - Voies métaboliques de détoxication
I.
But de l’analyse alimentaire. Point de vue hygiénique et nutritionnel.
Aspect légal
La question de l’alimentation a toujours été au cœur des préoccupations sociétales. La domestication et la culture ont participé à assurer la sécurité alimentaire en soustrayant, en partie, l’alimentation aux aléas naturels. La mécanisation de l’agriculture a permis une nette augmentation des rendements. Toutefois, l’aspect sanitaire de l’alimentation reste essentiel : les aliments peuvent, en effet, être des vecteurs d’agents pathogènes et donc sources de maladies. Même si l’alimentation s’est considérablement sécurisée, en partie grâce à la mise en œuvre de politiques publiques de lutte contre les maladies, elle n’en reste pas moins un vecteur possible d’agents pathogènes.
Garantir la sécurité sanitaire et la qualité des aliments est devenu de plus en plus important, surtout pour les pays en développement qui exportent ou peuvent exporter des denrées alimentaires vers les principaux blocs commerciaux du monde développé. Le respect des normes internationales, des principes directeurs et des recommandations ayant trait à la production d’aliments dont la sécurité sanitaire et la qualité sont assurées est la condition préalable au commerce international. Cela à son tour suppose que l’on possède la capacité analytique nécessaire pour détecter et surveiller les contaminants alimentaires tels que les résidus de pesticides, les médicaments vétérinaires ou les mycotoxines pendant le processus de production et dans les produits alimentaires finis, et garantir la qualité des produits agrochimiques utilisés.
Les analyses alimentaires peuvent être réalisées à n’importe quelle étape de la chaîne de production:
Analyse alimentaire avant production: Pour valider que votre produit est conforme à vos exigences ainsi qu’aux exigences légales.
Analyse alimentaire en fin de production: Pour vérifier que tous les paramètres critiques pour la vente et l’export sont respectés.
L’analyse alimentaire joue un rôle important en ce qu’il garantit une offre d’aliments sains, nutritifs et de haute qualité dans l’intérêt de la santé de la population et des bénéfices économiques qui dérivent d’un commerce de produits alimentaires sains et de haute qualité.
II.
Contrôle de la qualité
II.1. Définition de la notion de qualité
AFNOR « la qualité est l'aptitude d'un produit ou d’un service à satisfaire ses utilisateurs ».
Manguay
S1- Sécurité = qualité hygiénique.
On ne veut pas que l'aliment apporte "du mauvais" : Microbes (ex.: salmonelles, virus hépatite) ou leur toxine, produits toxiques (ex.: métaux lourds, pesticides), composants normaux en excès (ex.: sel, lipides), composants normaux inadaptés à un consommateur particulier (ex.: intolérant au lactose, allergique aux arachides).
S2- Santé = qualité nutritionnelle. On veut des atouts en plus.
On veut que l'aliment apporte "du bon", qu'il soit diététique, qu'il maintienne et améliore notre santé. Il s'agit d'abord des nutriments majeurs (lipides, glucides, protides) et mineurs (vitamines et minéraux), des non nutriments utiles (fibres, polyphénols, oligo-éléments), ou supposés bénéfiques (probiotiques, aliments "fonctionnels"...).
S3- Saveur (Satisfaction) = qualité organoleptique
On veut satisfaire ses cinq sens (gout, odeur, couleur, arome…). La qualité organoleptique a une composante sensorielle majeure, mesurable par l'analyse sensorielle.
S4- Service = qualité d'usage.
Un aliment sain, complet et délicieux ne sera pas vendu s'il est trop cher, introuvable, difficile à préparer et impossible à conserver. On veut donc des aliments qui se conservent longtemps, qui soient faciles à utiliser: (stockage, ouverture/fermeture, préparation) et qui soient abordables.
Le prix est un facteur de choix déterminant pour certaines personnes,
ISO 8402 « Ensemble des propriétés et caractéristiques d'un service ou d'un produit qui lui confère l'aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites de tous les utilisateurs ».
II.2. Les critères de la qualité
Critères organoleptiques : couleur, odeur, aspect…
Critères physicochimiques : pH, température, viscosité, teneur en eau (aw)…
Critères microbiologiques : la présence ou l’absence de microorganismes (Bactéries, levures, moisissures, parasites ou leurs toxines).
Critères nutritionnelles : (composition chimique de l’aliment) teneur en protéines, glucides, lipides, acides gras essentielles, vitamines, minéraux……
II.3. Contrôle de qualité
Le contrôle est une opération destinée à déterminer, avec des moyens appropriés, si le produit (y compris, services) contrôlé est conforme ou non à ses spécifications ou exigences préétablies et incluant une décision d'acceptation, de rejet ou de retouche.
III.
Législation alimentaire
III.1. Définitions
La «législation alimentaire» désigne l'ensemble des lois et règlements régissant la production, la vente, le transport, la transformation et l'élimination des denrées alimentaires.
La législation alimentaire protège les droits des consommateurs, et définit les responsabilités des producteurs, des transformateurs, des fabricants, des commerçants et des consommateurs en garantissant que les aliments sont sains, conformes à l’hygiène et propres à la consommation humaine. Les lois et réglementations alimentaires énoncent des règles claires, adéquates et équitables qui favorisent le commerce et protègent les consommateurs contre les pratiques frauduleuses.
La législation alimentaire (ou lois sur les aliments) se réfèrent à l’ensemble des textes juridiques (lois, réglementations et normes) qui définissent les grands principes du contrôle des aliments dans un pays donné et régissent tous les aspects de la production, de la manutention, de la commercialisation et du commerce des denrées alimentaires afin de protéger les consommateurs contre les aliments malsains et les pratiques frauduleuses.
Objectifs de la législation alimentaire
Dans le contexte global la législation alimentaire :
- Protège la santé publique et l’intérêt des consommateurs ;
- Définit clairement les rôles et les responsabilités des organismes publics chargés du contrôle alimentaire ainsi que le mécanisme régissant leurs interactions;
- Crée un cadre propice à l’établissement des lois et réglementations nécessaires pour garantir l’efficacité du système de contrôle alimentaire fondé sur des principes scientifiques ;
- Comporte des définitions claires pour garantir la cohérence et la caution judiciaire ; - S’appuie sur une analyse des risques basés sur des conseils scientifiques de haute
qualité ;
- Garantit la transparence lors de l’élaboration des réglementations et des normes alimentaires.
- Définit clairement les pouvoirs et les procédures d’exécution (ordonnances d’interdiction, notices d’améliorations, saisies et autres procédures),
- Enonce des mesures d’exécution et de contrôle appropriées, y compris des sanctions et de pénalités proportionnelles et dissuasives ;
- Spécifie clairement que la principale responsabilité en matière de sécurité sanitaire et de qualité des aliments incombe aux producteurs et aux transformateurs ;
- Inclut des dispositions pour garantir que seul les aliments sains et correctement conditionnés sont mis sur les marchés ;
- Comprends des dispositions relatives à la fourniture d’informations précises et suffisantes sur les produits ;
- Précise les modalités d’approbation, d’enregistrement et de licence des établissements alimentaires ;
- Assure la traçabilité des produits et leur retrait en cas de problèmes ;
- Reconnait les obligations nationales à l’égard des exigences internationales, notamment en ce qui concerne le commerce.
Infractions et sanctions
Parmi les infractions relevées par la législation alimentaire, les plus courantes portent sur : - L’utilisation d'un processus interdit pour la fabrication ou le stockage d'un produit
alimentaire;
- La vente d'un produit alimentaire dans des conditions douteuses;
- La vente d'aliments altérés ou contaminés;
- La vente de produits alimentaires non conformes aux normes en vigueur;
- L'ouverture d'un établissement alimentaire sans disposer de la licence appropriée;
- Le non-respect des règles de traçabilité;
- L'importation ou l'exportation de produits alimentaires sans les documents administratifs obligatoires;
- La parution d'une publicité mensongère ou trompeuse sur un produit alimentaire quelconque;
- Le non-respect des règles établies en matière de manutention par le personnel d'une entreprise alimentaire;
- L'entrave au travail d'un inspecteur;
- Le décachetage de tout échantillon saisi par la justice et toute une autre série d'infractions.
Après avoir défini les infractions, la législation doit préciser les sanctions encourues. Les sanctions peuvent prendre diverses formes: amendes quotidiennes, si une entreprise alimentaire ne se conforme pas aux termes d'une notification d'amélioration émise par un inspecteur; suspension ou retrait d'une licence de fabrication, d'importation ou d'exportation de produits alimentaires; emprisonnement et confiscation de produits alimentaires ou d'autres produits utilisés en rapport avec l'infraction. Certaines législations prévoient l'application d'amendes aggravées pour les contrevenants récidivistes. Enfin, il est important de s'assurer que le niveau des sanctions est suffisamment élevé pour être dissuasif.
VI. Opérations préliminaires au contrôle alimentaire
VI.1. Méthodes de préparation et de prélèvement des échantillons
La préparation de l’échantillon et le prélèvement de la portion servant à l’analyse sont les deux premières étapes d’une analyse alimentaire. Ces étapes sont importantes pour la réussite d’une analyse, car l’exactitude du résultat en dépend. Les techniques qui seront utilisées lors de ces étapes devront permettre de respecter le principe suivant:
Chaine de prélèvement Lot
Échantillon
Sous-échantillon
Aliquote
Analyse alimentaire
L’aliquote prélevé pour l’analyse doit être le plus représentatif possible du lot.
Lot: ensemble d’une production alimentaire ou d’une matière première.
Échantillon: portion du lot prélevée au hasard ou selon des méthodes statistiques.
Sous-échantillon: portion de l’échantillon prélevée qui servira à la prise de l’aliquote.
Aliquote: appelé parfois la prise d’essai, c’est la portion de l’échantillon ou du sous- échantillon utilisée pour une analyse alimentaire.
Principes généraux pour la préparation des échantillons
1. Enlèvement des matières étrangères et des parties non comestibles
Lavage des fruits et légumes (sable, terre)
Enlèvement des os (viandes)
Enlèvement de la partie habituellement non consommée (fromage à pâte molle) 2. Homogénéisation
Aliments liquides
- Brassage par inversion, rotation ou transfert d’un récipient à un autre - Brassage énergique pour émulsification (vinaigrette)
- Enlèvement des gaz (les boissons gazeuses)
- Décongélation complète d’un échantillon avant le prélèvement de l’aliquote
Aliments solides
- Découpage adéquat de l’échantillon (viande)
- Broyage approprié (hache-viande, moulin à farine, malaxeur, appareil Stomaker, mortier, bêcher et spatule, râpe, etc ...)
3. Prévention des altérations de l’échantillon
Altération physique ou chimique due à l’action de la chaleur - séparation de la matière grasse (lait cru)
- caramélisation (aliments sucrés)
Altération chimique au contact avec l’air ambiant - oxydation par l’action de l’oxygène (rancissement)
Modification de la concentration des constituants - absorption d’humidité par les aliments hygroscopiques - évaporation d’eau ou des constituants volatils d’un aliment
N.B. Un gain ou une perte d’eau modifie la concentration de tous les constituants d’un échantillon alimentaire.
4. Conservation des échantillons
Réfrigération ou congélation selon la nature de l’échantillon et le délai d’analyse.
Utilisation de contenants hermétiquement fermés
Utilisation de préservatifs inhibant la croissance microbienne (Ex: pastilles de bichromate de potassium K2Cr2O7 pour les laits crus).
IV.
Méthodes de dosages des différents constituants alimentaires
IV.1. Méthodes de dosage de l’eau et des solides totaux
Les solides totaux sont définis comme étant le résidu d’un aliment restant après élimination de l’eau, dans des conditions expérimentales données. À l’exception des aliments contenant des constituants volatils (alcool, huile essentielle, etc ...), la somme de la teneur en eau et en solides totaux représente la totalité de l’aliment.
% H2O + % S.T. = 100%
Presque tous les aliments contiennent deux types d’eau: l’eau libre, facilement évaporable, et l’eau liée par des ponts hydrogène aux macromolécules, tels les polysaccharides et les protéines. Cette eau est beaucoup plus difficile à évaporer et son élimination par la chaleur dépend des conditions expérimentales utilisées.
IV.1.1. Méthode thermogravimétrique
La méthode thermogravimétrique est la méthode de référence pour la détermination de l’eau ou des solides totaux dans les aliments. L’analyse nécessite l’emploi d’une étuve ventilée ou d’un four à vide, ainsi que d’un dessicateur contenant un agent desséchant.
Principe de la méthode
On pèse l’échantillon. On élimine l’eau par chauffage dans des conditions prédéterminées (à 100-105°C (étuve ventilée) ou à 70-75oC (four à vide)) jusqu’à ce que la masse de l’échantillon demeure constante. On pèse l’échantillon sec, c’est-à-dire les solides totaux.
% S.T. = (Masse (S.T.)/Masse de léchantillon)x 100
% H2O = 100 - % S.T
IV.2. Méthode de dosage des cendres
Les cendres totales sont le résidu de composés minéraux qui reste après l’incinération d’un échantillon contenant des substances organiques d’origine animale, végétale ou synthétique. Les cendres représentent environ 1 à 5% de la masse d’un aliment sur une base humide.
Principe de la méthode
On pèse l’échantillon. On le sèche puis on le pèse de nouveau si la teneur en cendres doit être déclarée sur une base sèche. On incinère l’échantillon à haute température, puis on pèse le résidu, c’est-à-dire les minéraux. Le % de cendres totales est calculé sur une base humide, mais le plus souvent sur une base sèche pour plus de reproductibilité dans les résultats.
% cendres totales base humide)= (Masse / Masse éch. humide) X 100
% cendres totales (base sèche) = (Masse des cendres /Masse éch. sec) X 100
IV.3. Méthode de dosage des protéines
Contrairement aux sucres et aux lipides, les protéines contiennent de l’azote. Cette propriété sera exploitée dans la méthode de détermination de la teneur en protéines dans les aliments.
La méthode Kjeldahl est la méthode de référence pour la détermination des protéines dans les aliments.
Principe de la méthode
La détermination des protéines par la méthode Kjeldahl s’effectue en trois étapes:
Étape 1: Digestion ou minéralisation de l’échantillon
Pendant l’étape de la digestion, l’azote protéique est transformé en azote ammoniacal par oxydation de la matière organique dans l’acide sulfurique concentré à haute température, en présence d’un catalyseur et d’un sel:
- l’acide sulfurique concentré a pour but d’oxyder la matière organique et de transformer l’azote protéique en ammoniac NH3. Il sert également à piéger l’ammoniac gazeux sous la forme de sulfate d’ammonium, par action de la base avec l’acide:
- l’addition du sel K2SO4 a pour but d’élever le point d’ébullition de la solution pour accélérer la réaction de minéralisation de la matière organique.
- le catalyseur utilisé peut être Hg (HgO), Cu (CuSO4) ou Se.
Étape 2: Distillation de l’ammoniac
Avant de distiller l’ammoniac à la vapeur d’eau, on doit libérer l’ammoniac sous la forme du sel (NH4)2SO4 par l’addition d’une solution concentrée de NaOH en excès.
L’ammoniac est ensuite distillé par la vapeur d’eau et piégée dans une solution d’acide borique. L’ammoniac réagit avec l’acide borique pour former des sels borates d’ammonium.
Étape 3: Titrage de l’ammoniac
L’ammoniac sous la forme de borates d’ammonium est titré directement à l’aide d’une solution standardisée d’acide, tel HCl ou H2SO4, et d’un indicateur:
On fait un blanc en mettant tous les réactifs sauf l’échantillon, pour soustraire l’ammoniac contenu dans les réactifs de l’ammoniac contenu dans l’échantillon.
Calcul du % de protéines dans l’échantillon
Le % de protéines dans l’échantillon est obtenu en multipliant le % d’azote par un facteur F dépendant du type d’aliment analysé.
% protéines = % N x F = [(VE- VB) x CN x 14,01 x F/] Masse de l’échantillon Le tableau suivant montre les principaux facteurs utilisés avec la méthode Kjeldahl
Aliment Facteur
farine de blé 5,70
pain 5,70
produits laitiers 6,38
amandes 5,18
arachides 5,46
noix du Brésil 5,46
autres noix 5,30
facteur général 6,25
Pour les aliments dont on ne connaît pas la protéine principale ou qui sont préparés avec des ingrédients contenant plusieurs types de protéines, on utilise le facteur général de 6,25.
VI. 4. Méthodes de dosage des lipides
Les lipides sont insolubles dans l’eau et très solubles dans les solvants organiques, tel que l’éther éthylique. La plupart des méthodes de dosage des lipides exploitent ces propriétés physiques pour extraire les lipides des aliments dans le but de mesurer leur concentration.
Méthode Soxhlet
La méthode Soxhlet est la méthode de référence utilisée pour la détermination de la matière grasse dans les aliments solides déshydratés. C’est une méthode gravimétrique, puisqu’on pèse l’échantillon au début et la matière grasse à la fin de l’extraction.
Principe de la méthode
L’aliment solide est pesé et placé dans une capsule de cellulose. L’échantillon est extrait en continu par de l’éther éthylique à ébullition (P.E. 35°C) qui dissout graduellement la matière grasse. Le solvant contenant la matière grasse retourne dans le ballon par déversements successifs causés par un effet de siphon dans le coude latéral. Comme seul le solvant peut s’évaporer de nouveau, la matière grasse s’accumule dans le ballon jusqu’à ce que l’extraction soit complète. Une fois l’extraction terminée, l’éther est évaporé, généralement sur un évaporateur rotatif, et la matière grasse est pesée.
Les capsules de cellulose sont perméables au solvant et à la matière grasse qui y est dissoute. Ces capsules sont jetables.
% lipides = (Masse des lipides)/Masse de l’échantillon) X 100
VI. 5. Méthodes de dosage des glucides
Il existe beaucoup de méthodes de dosage des glucides. Certaines de ces méthodes utilisent le pouvoir réducteur ou non réducteur des sucres. Un sucre réducteur doit posséder dans sa structure une fonction aldéhyde ou cétone libre.
Dosage des sucres réducteurs par la méthode Lane-Eynon
La méthode Lane-Eynon est une méthode volumétrique de détermination des sucres réducteurs totaux dans les aliments. C’est une méthode empirique qui relie, à l’aide d’une table de conversion, une quantité de sucres réducteurs contenus dans un volume de solution alimentaire requis pour réduire un volume donné de réactif de Fehling.
La méthode est basée sur la capacité des sucres réducteurs de réduire l’hydroxyde cuivrique en oxyde cuivreux. On titre à chaud un volume donné de réactif de Fehling (10 ml ou 25 ml) à l’aide d’une solution de l’aliment contenant le ou les sucres réducteurs.
L’indicateur Bleu de méthylène est utilisé pour rendre plus claire la disparition de la couleur bleue du réactif de Fehling (point de virage). Le volume de solution alimentaire utilisé pour le titrage est converti en mg de sucres réducteurs à l’aide d’une table de conversion.
VI.6. Mesure de l’acidité totale titrable
Principe de la méthode
L’aliment est d’abord dilué si la concentration d’acides organiques est importante. Une portion de la solution diluée est ensuite titrée par une solution standardisée de NaOH 0,1N, en
présence d’un indicateur. Pour les aliments trop colorés (vin rouge, lait au chocolat, etc), on utilise un pH mètre pour la détection du point de virage (pH 8,3 pour la phénolphtaléine).
Selon l’aliment analysé, le résultat peut être exprimé:
- en % P/P ou P/V d’un acide organique particulier.
- en ml de NaOH 0,1N par 100 g ou 100 ml d’aliment.
