Faculté des sciences

Analytical development and traceability in food chemistry : examples of application to Swiss and foreign Emmental cheese = Développement analytique et traçabilité en chimie alimentaire : exemple d'application à des Emmental suisses et étrangers

Pillonel, Laurent ; Tabacchi, Raphaël (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel : 2004 ; 1766.

La présente thèse de doctorat est divisée en quatre parties principales. Dans la première partie, la problématique de la préconcentration des composés volatils est traitée de manière à étendre le champ d'application des nez électroniques (ENs). Un article de revue fait ressortir les avantages des techniques à équipement portatif telles que la micro-extraction en phase solide (SPME)... Plus

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    Résumé
    La présente thèse de doctorat est divisée en quatre parties principales. Dans la première partie, la problématique de la préconcentration des composés volatils est traitée de manière à étendre le champ d'application des nez électroniques (ENs). Un article de revue fait ressortir les avantages des techniques à équipement portatif telles que la micro-extraction en phase solide (SPME) et l'extraction dynamique en phase solide (SPDE). Toutes deux ont montré une efficacité comparable avec l'équipement SMart Nose, bien que la SPDE soit moins sujette au vieillissement. Divers fromages fondus, conditionnés en capsules d'aluminium et congelés, ont été testés durant plusieurs années comme matériaux de contrôle pour la chromatographie en phase gazeuse (stabilité à long terme de composés volatils dans une matrice de type fromage). Ces fromages fondus ont ensuite été utilisés pour illustrer la transférabilité de données entre deux ENs de même type, condition nécessaire pour construire des bases de données pour la pratique quotidienne. Dans la deuxième partie du travail, un criblage d'un grand nombre de méthodes analytiques a été effectué afin d'évaluer leur potentiel pour l'authentification de l'origine géographique de l' Emmental. Vingt échantillons de fromages provenant de six régions européennes ont été soumis à des analyses chimiques, biochimiques, microbiologiques, physiques et sensorielles. Les paramètres les plus prometteurs retenus pour la suite du projet étaient les acides volatils à courte chaîne, le chlorure, la valeur de pH, l'azote total, l'azote soluble dans le TCA à 12%, l'azote soluble dans l'eau, le cuivre, le sodium, le magnésium, le zinc, les entérocoques, les Lactobacilles hétérofermentatifs obligatoires, Lb helveticus, le lactate L et D, le succinate, le pyruvate, la L-leucine-aminopeptidase ainsi que les rapports isotopiques d2H, d13C, d15N et d34S. Dans la troisième partie, les paramètres sélectionnés ont été mesurés dans 110 échantillons de fromage Emmental d'hiver et 73 d'été collectés dans sept régions, à savoir la Suisse, la France/Savoie, la France/Bretagne, la France/Est-central, le sud de l'Allemagne, l'Autriche et la Finlande. Les données analytiques ont été traitées par analyse statistique multivariée de manière à classer les échantillons selon leur origine géographique. L'analyse discriminante (DA) et les réseaux artificiels de neurones ont donné des résultats comparables. La DA permet une réduction du nombres de facteurs grâce à une "stepwise backward elimination". Dans un modèle incluant seulement onze facteurs, une classification correcte à 95% selon les sept régions d'origine a été obtenue avec une validation croisée de type "Jackknife". Cinq échantillons suisses sur 70 ont été mal classés. Pour améliorer ce score, un modèle avec une approche par paires (Suisse vs une seule région étrangère à la fois) a été proposé. Ce dernier a permis d'identifier tous les échantillons suisses en utilisant quinze paramètres. Dans la quatrième et dernière partie, un criblage ciblé a été appliqué à deux autres sortes de fromage, la Raclette et la Fontina. La Raclette Suisse® et la raclette française ont facilement pu être discriminées grâce au contenu en calcium et aux quatre rapports d'isotopes stables d2H, d13C, d15N et d34S. La Fontina AOC est un fromage au lait cru. Par conséquent sa teneur en phosphatase alcaline était nettement plus élevée que celle des fromages de type Fontal qui sont des imitations industrielles fabriquées avec du lait pasteurisé. Le dernier chapitre propose aux chimistes cantonaux des directives pour authentifier l'Emmentaler Switzerland™. On y discute également des risques potentiels auxquels sont exposées les principales sortes de fromages suisses quant à une éventuelle tromperie sur la déclaration d'origine.
    Summary
    The current Ph.D. work is divided into four main parts. In the first one, the problematic of volatile compound preconcentration is dealt with to extend the application range of electronic noses (ENs). A review article highlights the advantages of portable equipments such as Solid Phase Micro-Extraction (SPME) and Solid Phase Dynamic Extraction (SPDE). Both showed comparable efficiencies when applied to the SMart Nose equipment, though the second one was less subject to ageing effects. Various canned processed cheese types stored deep frozen were tested for several years as control materials for gas chromatography (long term stability of volatile compounds in cheese-like matrices). These processed cheeses were then used to illustrate the data transferability between two ENs of same type, condition necessary to build usable databases for the daily practice.In the second part of the work, a screening of a great number of analytical methods was carried out to evaluate their potential for the authentication of the geographic origin of Emmental cheese. Twenty Emmental samples from six European regions were investigated on chemical, biochemical, microbiological, physical and sensory parameters. The most promising ones retained for the follow-up of the project were, volatile short-chain acids, chloride, pH-value, total nitrogen, 12%-TCA soluble nitrogen, water soluble nitrogen, copper, sodium, magnesium, zinc, enterococci, obligate heterofermentative Lactobacilli, Lb helveticus, L/D-lactate, succinate, pyruvate, L-leucine-aminopeptidase, d2H, d13C, d15N and d34S isotope ratios. In the third part, the selected parameters were measured in 110 winter and 73 summer Emmental cheese samples collected in seven European regions, i.e. Switzerland, France Savoie, France Bretagne, France East-Central, South Germany, Austria and Finland. The analytical data was then processed using multivariate statistical analysis leading to pattern recognition and classification according to the geographic origin of the cheeses. Discriminant analysis (DA) and artificial neural networks delivered similar results. DA made it possible a reduction of the number of factors thanks to stepwise backward elimination. In a model including only eleven factors, 95% correct classification in the seven regions was achieved in the Jackknifed validation. Five Swiss Emmental samples out of 70 were misclassified. To improve the classification of the latters, a model with a pairwise approach (Switzerland vs a single foreign region at a time) was proposed. This procedure made it possible to recognise all Swiss samples correctly using fifteen parameters.In the fourth and last part, a targeted screening was applied to two other cheese types, i.e. Raclette and Fontina cheeses. Raclette Suisse® and French Raclette cheese could be easily discriminated using the calcium content and the four stable isotope ratios d2H, d13C, d15N and d34S. Fontina PDO is a raw milk cheese. Consequently its alkaline phosphatase content was much higher than in the Fontal cheeses, which are industrial imitations manufactured with pasteurised milk. The last chapter is a guide line dedicated to the Swiss canton chemists for authenticating the Emmentaler Switzerland™. It discusses also the risks encountered by the most important Swiss cheese types toward mislabelling of origin.