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Fractionnement Isotopique Naturel Spécifique par Résonance Magnétique Nucléaire

Implantation de la technologie SNIF-NMR dans le monde en 2013

Le Fractionnement Isotopique Naturel Spécifique par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN-FINS® ou SNIF-NMR® ) est une méthode qui permet avec une très grande précision de quantifier les différences de teneurs isotopiques sur chacun des sites d’une molécule et donc de mesurer le Fractionnement isotopique naturel spécifique correspondant à chaque site de cette molécule. L'analyse SNIF-NMR® est principalement utilisée pour vérifier l'authenticité des vins[1], spiritueux, jus de fruits[2], miels[3], sucres et vinaigres[4] ainsi que pour contrôler la naturalité de certaines molécules aromatiques (anéthole, benzaldéhyde, frambinone, vanilline ...)[5], [6] , [7]. La méthode SNIF-NMR® a été adoptée par l'Organisation internationale de la vigne et du vin (OIV) et l'Union européenne comme méthode officielle pour l'analyse du vin [8]. C'est également une méthode officielle pour l'AOAC International (Association Of Analytical Chemists) dans l'analyse des jus de fruit[9], sirops d'érable[10], vanilline[7]et par le Comité européen de normalisation (CEN) pour l’analyse du vinaigre. (voir le tableau 7)

Historique[modifier | modifier le code]

A l'origine la méthode SNIF-NMR® fut développée en réponse à un appel d'offre gouvernemental par le Professeur Gérard Martin et son équipe à l'Université de Nantes, dans le but de détecter l’ajout de sucre dans les vins et l'enrichissement des moûts de raisin. [11]

  • 1981 Invention de la méthode SNIF-NMR® par le professeur Gérard Matin, Maryvonne Martin et leur équipe à l’Université de Nantes / CNRS [11]
  • 1987 Création des Laboratoires Eurofins Scientific à Nantes - spécialisés dans l’analyse des vins - et achat des droits d’exploitation du brevet CNRS [11] (ce brevet est maintenant publique et le nom “SNIF-NMR®” est une Marque déposée)[11] , [12].

→ L’OIV l’adopte comme méthode officielle

  • 1987-1990 Développement et aplication de la méthode SNIF-NMR® à l’analyse des jus de fruits et de certains arômes naturels [2]
  • 1990 La méthode SNIF-NMR® est reconnue par l’Union Européenne comme méthode officielle pour l’analyse des vins [8]

→ mise en œuvre de la méthode SNIF-NMR® pour les laboratoires officiels en Europe

  • 1990-1992 la méthode est testée sur de nouvelles molécules aromatiques [5]
  • 1996 La méthode SNIF-NMR® est officialisée aux États-Unis par l’AOAC pour les jus de fruits [9]

→ mise en œuvre de la méthode SNIF-NMR® pour les laboratoires officiels aux Etats-Unis

  • 2001 La SNIF-NMR® est reconnu par l'AOAC pour la vanilline [7]
  • 2013 La SNIF-NMR® est reconnu par la CEN pour l’acide acétique

→ mise en œuvre de la méthode SNIF-NMR® pour les laboratoires officiels en Asie

Principe[modifier | modifier le code]

Répartition Isotopique[modifier | modifier le code]

Dans la nature, les atomes d'hydrogène (1H), d'oxygène (16O) et de carbone (12C) coexistent dans certaines proportions avec leurs Isotopes stables, respectivement 2H (ou D), 18O et 13C comme l'indique le tableau de proportion des isotopes dans la nature.

tableau de proportion des isotopes dans la nature

D'une façon générale, les rapports isotopiques dans les molécules naturelles sont la résultante:

  • des conditions géo-climatiques – pour les produits naturels
  • des effets chimiques et biochimiques - comme le métabolisme de photosynthèse des plantes

Ce phénomène est connu en tant que le Fractionnement isotopique Naturel

L’emprunte isotopique résultante peut donner des informations sur l’origine botanique, synthétique ou géographique de la molécule ou du produit.

Principe général[modifier | modifier le code]

Le principe de la RMN-FINS® est basé sur : « le Fractionnement Isotopique Naturel ». Deux noyaux sont utilisés pour les méthodes d’analyses de l’authenticité des aliments:

  • L’hydrogène : La méthode 2H-RMN-FINS® est l’application historique de la RMN-FINS®, elle mesure le ratio de deutérium/hydrogène sur chacun des sites de la molécule analysée.
  • Le carbone : La méthode 13C-RMN-FINS® a ouvert de nouvelles possibilités d’analyse pour la RMN-FINS® (nouvelles molécules, nouvelles applications). Cette méthode mesure le ratio 13C/12C pour chacun des sites de la molécule.

Les étapes de la méthode[modifier | modifier le code]

Etapes de la méthode RMN-FINS® sur l’éthanol – méthode officielle

La SNIF-NMR® est utilisée sur des molécules pures ou purifiées. C’est pourquoi, certaines étapes de préparation doivent être effectuées par le laboratoire avant l’analyse.

  • Fermentation (pour les jus de fruit)
  • Extraction quantitative de l’éthanol par distillation
  • Préparation standard des échantillons d’RMN (RMN cf. WIKIPEDIA)
  • Acquisition RMN
  • Interprétation des résultats et rapport sur l’authenticité

A chaque étape de l'analyse RMN-FINS®, des efforts doivent être faits pour éviter des fractionnements isotopiques parasites. Des mesures contrôles, telles que la détermination du titre alcoométrique des produits intermédiaires pour l'analyse de jus fermenté ou distillé sont effectuées sur chaque échantillon.

Avantages de la méthode[modifier | modifier le code]

Principe de la Spectrométrie de masse Isotopique

Les rapports isotopiques d'une molécule peuvent être déterminés par spectrométrie de masse isotopique (IRMS), la quantité d'échantillon utilisée pour l’IRMS est beaucoup plus faible que celle utilisée pour la RMN, et il est possible de coupler le spectromètre de masse à un système chromatographique pour permettre la purification ou l’analyse de plusieurs constituants d'un mélange complexe. Cependant l’échantillon est brûlé après une transformation physique comme la combustion ou la pyrolyse. On obtient alors une valeur moyenne de la concentration de l’isotope étudié sur l'ensemble des sites de la molécule. C’est la méthode AOAC officielle utilisée pour obtenir le rapport moyen 13C/12C (ou δ13C) des sucres ou d’un alcool et la méthode officielle CEN et OIV pour l’analyse du rapport 18O/16O dans l’eau.

La méthode SNIF-NMR® est en mesure de déterminer, à un niveau élevé de précision, les rapports isotopiques pour chacun des sites de la molécule, ce qui permet une meilleure discrimination. Par exemple, pour de l'éthanol (CH3CH2OH), les trois ratios ((D / H) CH3, (D / H) CH2 et (D / H) OH) peuvent être obtenus.


Exemples d'utilisations de la 2H-SNIF-NMR®[modifier | modifier le code]

Figure 7 : méthodes officielles de reconnaissance isotopique appliquées à l’alimentaire – 2013

Application pour les jus de fruit et le sirop d’érable[modifier | modifier le code]

Méthode officielle AOAC pour détecter l’ajout de sucre dans un jus de fruit ou dans le sirop d’érable. C’est la seule méthode qui détecte l’addition de sucre C3 (ex : sucre de betterave) [9] , [10]

Spectre RMN (exemple de la méthode 2H-SNIF-NMR®)[modifier | modifier le code]

Spectre RMN-2H de l’éthanol

Pour un jus de fruit par exemple, après transformation de tous les sucres fermentescibles en alcool, la molécule d'éthanol coexiste naturellement avec 3 isotopomères monodeutérés (CH2D-CH2-OH, CH3-CHDOH et CH3-CH2OD). Leur présence relative peut alors être quantifiée avec précision. [13] Sur le spectre RMN-2H suivant (figure 8), un pic correspond à chacun des 3 isotopomères observés dans l'éthanol. Pour la méthode AOAC officielle, les ratios de (D/H)CH3 et (D/H)CH2 sont calculés par comparaison avec un standard interne, la Tetramethylurée (TMU), qui a une valeur de (D/H) certifiée.




Interprétation des valeurs isotopiques SNIF-NMR®[modifier | modifier le code]

Figure 9

La figure 9 ci-dessous, regroupe le principe d’interprétation de :

  • Résultats mesurés par IRMS (la déviation isotopique δ 13C), qui permettent de différencier les plantes en fonction de leur métabolisme photosynthétique (métabolisme C4 comme le maïs opposé au C3 comme la betterave, l’orange ou le raisin).
  • Avec des résultats de SNIF-NMR® ((D / H)I ) qui peuvent différencier l’origine botanique de sucres au sein du même groupe métabolique (la betterave opposée à l’orange ou le raisin).

Les valeurs obtenues sur un échantillon d'analyse sont ensuite comparées avec les valeurs des échantillons authentiques de la base de données.


Application à l'authentification de l'origine des vins[modifier | modifier le code]

La SNIF-NMR® est la méthode officielle de l’OIV pour déterminer l’origine du vin. C’est la seule méthode à détecter l’addition de sucre C3 (comme le sucre de betterave).

Les paramètres isotopiques de l'eau et de l'éthanol sont liés à l’humidité et la température de la zone de culture de la plante. Par conséquent, l'examen des données météorologiques de la région et de l'année de culture permet de faire un diagnostic. Dans le cas du vin et des fruits, les paramètres isotopiques de l’éthanol ont montré qu’ils répondaient à de faibles variations environnementales et qu’ils caractérisent efficacement la région de production[14],[15].

Depuis 1991, une banque de données isotopiques est coordonnée par le Centre Commun de Recherche de la Communauté Européenne (EC-JRC) concernant les vins de tous les États membres de l’UE producteurs de vin. Le fichier contient plusieurs milliers d'entrées pour les vins européens et est maintenue à jour chaque année. Cette base est accessible pour tous les laboratoires publics officiels. Les entreprises privées impliquées dans le contrôle des aliments et boissons ont également construits leurs propres banques de données.

Ainsi, en comparant le Fractionnement Isotopique Naturel Spécifique correspondant à chaque site d’une molécule d’éthanol d’un vin, avec celui d’une molécule connue et référencée dans une base de données. On peut contrôler l’origine géographique, botanique et la méthode de production et donc vérifier l’authenticité du vin.



Bibliographie[modifier | modifier le code]

  1. ↑ G. Martin, C. Guillou, Y.L. Martin, “Natural Factors of Isotope Fractionation and the characterization of Wines”, Journal of agricultural and food chemistry, n°36, 1988, p. 316-322
  2. ↑ a et b The Combined Use of Available Analytical Tools : the Only Way to Combat Fruit Juice Adulteration, Fruit Processing (M. Lees, G.G. Martin, P. Rinke, M. Caisso), Fruit Processing 7/96
  3. ↑ Association of Official Analytical Communities, Official Methods of Analysis of AOAC International, method 998.12 (ex 978.17) and 998.18 ( ex 991.41) honeys authentication
  4. ↑ Site specific isotope fractionation of Hydrogen in the oxidation of ethanol into acetic acid. Application to vinegars. (C. Vallet, M. Arendt, G. Martin), Biotechnology Techniques, vol. 2 N° 2, 1988
  5. ↑ a et b La Résonnance Magnétique Nucléaire du Deutérium en Abondance Naturelle, une nouvelle méthode d’identification de l’origine de produits alimentaires appliquée à la reconnaissance des Anétholes et des Estragoles. (G. Martin, M. Martin, F. Mabon, J. Bricout), Sciences des Aliments, 1983.
  6. ↑ Remaud, A. Debon, Y. Martin, G. Martin. Authentication of Bitter Almond Oil and Cinnamon Oil: Application of the SNIF-NMR Method to Benzaldehyde, Journal of agricultural and food chemistry, n° 45, 1997.
  7. ↑ a b et c AOAC Official Method 2006.05, Site-Specific Deuterium/Hydrogen (D/H) Ratios in Vanillin, AOAC International 2007.
  8. ↑ a et b Commission Regulation of the European communities, 1990. (EEC) n° 000/90: “determining community methods for the analysis of wine”. Brussels, Official Journal of the European communities, p.64-73.
  9. ↑ a b et c AOAC official Method 995.17, Beet Sugar in Fruit Juices, SNIF-NMR®, AOAC International 1996
  10. ↑ a et b YVES-LOÏCMARTIN, N. Christoph, A.-I. Blanch-Cortès and al. - Detection of Added Beet or Cane Sugar in Maple Syrup by the Site-Specific Deuterium Nuclear Magnetic Resonance (SNIF-NMR®) Method: Collaborative Study. Journal of the Association of Official Analytical Chemists, 2001, VOL. 84, n°5, 1509-1521pp
  11. ↑ a b c et d Eurofins, Eurofins France – Le Groupe – Historique - Phase de lancement., (page consultée le 28 mars 2014). Site de Eurofins Scientific France – réseau mondial de laboratoire d’analyse. [En ligne].http://www.eurofins.fr/fr-fr/le-groupe/historique/phase-de-lancement.aspx
  12. ↑ INPI : Institut National de la Propriété Industrielle, « Bases de Données Marques », (consulted the 6th of January 2014). [on line]. http://bases-marques.inpi.fr/
  13. ↑ G. Martin, M.L. Martin. Modern Methods of Plant Analysis: “The Site-Specific Natural Isotope Fractionation-NMR Method Applied to the Study of Wines”, edition: HF Linskens and JF Jackson Springer Verlag, Berlin, 1988, p. 258-275.
  14. ↑ G. Martin, M.L. Martin. Modern Methods of Plant Analysis: “The Site-Specific Natural Isotope Fractionation-NMR Method Applied to the Study of Wines”, edition: HF Linskens and JF Jackson Springer Verlag, Berlin, 1988, p. 258-275.
  15. ↑ Martin GJ, Guillou C, Martin ML, Cabanis MT, Tep Y, Aerny J. J. Agric. Food Chem. 1988;36:316–22.
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