Nutritional and sanitary impact of nuts and seeds roasting: the interest of using fluorescence spectroscopy as a tool to control neoformed compounds - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Nutritional and sanitary impact of nuts and seeds roasting: the interest of using fluorescence spectroscopy as a tool to control neoformed compounds

Impact nutritionnel et sanitaire de la torréfaction des fruits et graines oléagineux : intérêt de la fluorescence comme outil de contrôle des composés néoformés

Rita Yaacoub
  • Fonction : Auteur

Résumé

Three main objectives were fixed for this thesis: technological, analytical, and risk analysis objectives. A first objective was to identify critical points of the production chain in terms of the development of oxidation and Maillard reactions, in order to be able to suggest technological solutions to minimize nutritional degradation and accumulation of NFC at these production steps. For this, pertinent indicators of these reactions were monitored throughout the processing stages of nuts and sesame seeds taking into account the quality impact of the raw material. The results showed that, initiated during storage and first stages of nuts and sesame seed processing, lipid oxidation proceeded with processing. Even though several processing stages were involved in the development and amplification of these reactions, roasting appears as a crucial step in the formation of NFC and in defining product nutritional quality. The sterilization step, specifically designed to ensure microbiological safety of the product, contributed also to final NFC load. As a result, the production line should be optimized, particularly roasting conditions and sterilization technology, without compromising microbiological safety and organoleptic quality of the end-product. A second objective aimed at investigating the potential of using front face fluorescence spectroscopy for rapid quantitative estimation of NFC in order to control and improve chemical safety of processed nuts and seeds. To achieve this objective, chemometric analysis of front face fluorescence landscapes obtained from EEM (excitation-emission matrices) acquisition and calibration over the conventionally measured NFC content in industrial samples was applied. The fluorometric analysis revealed detailed information about the molecular changes occurring in these food products when exposed to heat treatment. PARAFAC decomposition models allowed identification of the major parallel profiles forming the front face fluorescence landscape of these products. Results showed that front-face fluorescence is an appropriate tool for monitoring lipid oxidation and nutritional degradation, and that through multiway decomposition of front face fluorescence data coupled with multivariate regression tools, industrial process control and satisfactory NFC calibration models can be achieved. Finally, the actual intake of CML and tFA for an urban adult population (aged 25-64 years) living in Beirut, Lebanon, through the consumption of processed nuts and sesame seed products was estimated. Dietary exposure was obtained by combining food consumption data with CML and tFA levels determined by chemical analysis, and then compared to the levels of concern for each molecule. The estimated average daily exposure to CML and tFA through overall nut and sesame seed products consumption was found to be about 0.76 mg/person/day and 0.32 g/person/day respectively. When compared with levels of concern selected for this study (6 mg/day for CML and 5 g/day for tFA), the average dietary intakes of CML and tFA represented 13 and 7% respectively of the appropriate levels of concern. At the 95th percentile, CML exposure estimates from the only consumption of processed nuts and sesame seeds exceeded the level of concern. The results indicate a potential risk for the high consumers of roasted nuts and sesame seeds and suggest the necessity for a more detailed investigation of exposure to NFC.
Trois objectifs principaux ont été fixés pour cette thèse : un objectif technologique, analytique, et d'analyse des risques. Un premier objectif de cette étude était d'identifier les étapes critiques du procédé de transformation des noix et graines, afin de pouvoir par la suite proposer des solutions permettant de limiter le développement des réactions de Maillard et d'oxydation des lipides, ainsi que leur dégradation nutritionnelle. Pour ce faire, la formation des composés issus de ces réactions a été suivie au cours de la transformation des noix et graines en tenant compte de l'impact de la qualité de la matière première. La dégradation de certains nutriments thermolabiles, indicateurs de la sévérité du traitement thermique appliqué, a été aussi suivie au cours de la transformation industrielle afin d'appréhender l'influence du traitement thermique sur la qualité nutritionnelle de ces aliments. Les résultats montrent que les réactions d'oxydation des lipides sont amorcées dès les premières étapes de transformation et s'amplifient par la suite. Plusieurs étapes du procédé sont impliquées dans le développement des réactions d'oxydation et la dégradation nutritionnelle, cependant l'étape de torréfaction se révèle particulièrement déterminante dans la formation des CNF. L'étape de stérilisation de la tahina semble avoir aussi un effet significatif sur l'accumulation des produits d'oxydation et des CNF. Suite à ce criblage des étapes critiques, des modifications techniques doivent être apportées à la chaîne de transformation afin de l'optimiser, sans compromettre la salubrité et les qualités organoleptiques du produit fini. Un deuxième objectif était d'explorer le potentiel de la spectroscopie de fluorescence frontale comme outil d'évaluation quantitative rapide de la qualité des noix et graines, dans l'objectif d'améliorer le contrôle et la maîtrise de la sécurité chimique de ces aliments transformés. L'analyse multivoies des mesures de fluorescence frontale en 3D sur des échantillons industriels de noix et graines a révélé une information détaillée sur l'oxydation des lipides et la formation de CNF, ainsi que leur dégradation nutritionnelle, au cours de leur transformation industrielle. L'identification des fluorophores intrinsèques s'est rendue possible grâce à l'approche multivoies des données. Des modèles de calibration multivoies ont été développés afin de prédire les concentrations en CNF à partir de simples mesures de fluorescence, et ont donné des résultats très prometteurs. Ces méthodes pourraient être très intéressantes dans une perspective de contrôle en ligne, du fait de leur rapidité et leur non-destructivité. Enfin, l'évaluation de l'exposition des libanais adultes à ces CNF à partir des noix et graines transformées a été réalisée en croisant les données de consommation alimentaire obtenues par le biais d'une enquête de consommation alimentaire exécutée dans le cadre de cette recherche sur une population urbaine adulte âgée entre 25 et 64 ans, avec les données de contamination obtenues par les analyses chimiques. Les expositions quotidiennes moyennes à la CML et aux AGT, suite à la consommation de l'ensemble des oléagineux étudiés, ont été estimées à 0,76 mg/personne/jour et 0,32 g/personne/jour respectivement. Ces niveaux correspondent à 13 et 7% des valeurs de références pour la CML et les AGT respectivement, susceptibles d'induire des effets néfastes. Au percentile 95ème de l'exposition, les valeurs d'exposition à la CML par la seule consommation des oléagineux dépassent la valeur limite. Ces résultats montrent qu'il est nécessaire de porter une attention particulière à l'exposition de certains groupes de population tels que les forts consommateurs pour lesquels le risque d'être exposés à un niveau supérieur aux valeurs toxicologiques de référence vis-à-vis des CNF étudiés n'est pas nul, sachant qu'aux noix et graines transformées vient s'ajouter une liste non négligeable d'aliments contributeurs à l'exposition aux CNF.
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Dates et versions

pastel-00005932 , version 1 (14-04-2010)

Identifiants

  • HAL Id : pastel-00005932 , version 1

Citer

Rita Yaacoub. Nutritional and sanitary impact of nuts and seeds roasting: the interest of using fluorescence spectroscopy as a tool to control neoformed compounds. Chemical Sciences. AgroParisTech, 2009. English. ⟨NNT : 2009AGPT0048⟩. ⟨pastel-00005932⟩

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