Implementation of a physio-chemical approach coupled with a data fingerprinting methodology for the characterization of the Lebanese extra-virgin olive oils - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2021

Implementation of a physio-chemical approach coupled with a data fingerprinting methodology for the characterization of the Lebanese extra-virgin olive oils

Analyse physico-chimique couplée à une démarche par empreintes pour la caractérisation d’huiles d’olive extra-vierges libanaises

Abstract

Olive oil is a vital component of the Mediterranean diet, hence Lebanese, owed to its well-known economic and nutritional value. Several environmental, agricultural, and technological factors play an essential role in defining olive oil's quality. In Lebanon, preliminary studies on the quality of extra virgin olive oil have shown that certain quality criteria exceed the International Olive Council's (IOC) standards. However, the causes of such non-conformities have not been clearly identified. Accordingly, ninety-six olive oil samples have been harvested from two seasons, processed using different extraction methods, and collected from eight locations (Akkar, Chouf, Hasbaya, Koura, Tyr, Nabatiyeh, Zgharta, and Hermel). These locations are identified by the European Union to have potentials for Protected Geographical Indications (PGI). In this perspective, and to meet the European framework's requirements, the analyzed oil will be subjected to conventional chemical analysis as suggested by the IOC and to ultra-fast analysis using 3D-front face spectroscopy (3D-FFFS) and ultra-flash gas chromatography (Ultra-FGC).A correlation between the fatty acid profile and the pedoclimatic conditions of the main olive growing regions in Lebanon was noticed. Three main pedoclimatic conditions, altitude, temperature, and relative humidity, were the major influencers and the reason for the distinctive fatty acid profile of the Lebanese olive oil. Lebanese areas with high altitudes, low average temperature, and low relative humidity have high oleic acid content. As for areas with lower altitudes, higher average temperature, and higher relative humidity, the fatty acid profile was characterized by linoleic, linolenic, palmitoleic, and palmitic acids. In addition to the environmental factors, agricultural ones, particularly the harvest date, had affected the chemical constituents of olive oil. The results obtained showed that the harvest date strongly influenced acidity and total polyphenols. A change in the fatty acid profile characterized by a higher linoleic and lower oleic content, an increase in ∆^7-stigmastenol exceeding the limit set by the IOC standards, and a dominating off-flavor compound (ethanol) was noticed as a result of delaying the harvesting time. Besides, two technological factors, particularly improper fruit storage, and bad hygienic practices, significantly affected olive oil’s quality parameters and fatty acid content.3D-FFFS and Ultra-FGC were used in-line with conventional analysis, and they both showed an undeniable performance. 3D-FFFS coupled with chemometric tools, namely multiple linear regression (MLR) applied on parallel factor (PARAFAC) scores and partial least squares (PLS), was tested on inconsistent qualities of olive oil samples to predict quality parameters. Twenty-two MLR models were generated, the majority of which showed a good correlation coefficient (R>0.7). A second model using PLS on the unfolded emission-excitation matrices was also conducted to improve the regression and assess whether the variability can be handled successfully. However, similar results, with a slight improvement over the MLR model, were obtained. As for Ultra Flash GC, it made it possible to identify, in only a few minutes (< 2 min), ethanol, (E,E)-2,4-decadienal (organoleptic defect), and 1-hexanol (fruity, grassy) as the main volatiles characterizing the Soury variety.This study offers the potential to disseminate an analytical control plan that links environmental aspects in Lebanon and cultivation/harvesting techniques to olive oil's resulting physicochemical characteristics. Such a matrix incorporating rapid analysis techniques will facilitate governance over the end product's final quality and, subsequently, conformity to IOC standards. Furthermore, this work will set the ground through a detailed identification fiche for PGI.
L'huile d'olive est une composante vitale du régime méditerranéen en raison de sa valeur nutritionnelle et économique bien connues. Plusieurs facteurs environnementaux, agricoles et technologiques jouent un rôle important dans la définition de la qualité de l'huile d'olive. Au Liban, des études préliminaires ont montré que certains critères de qualité dépassent les valeurs seuils des normes éditées par le Conseil Oléicole International (COI) pour les huiles d’olive extra-vierges, dont les causes n'ont pas été identifiées. En conséquence, quatre-vingt-seize échantillons d'huile d'olive ont été récoltés sur deux saisons, traités en utilisant différentes méthodes d'extraction et collectés sur huit sites (Akkar, Chouf, Hasbaya, Koura, Tyr, Nabatiyeh, Zgharta et Hermel) à fort potentiel pour l’obtention d’une indication géographique protégée (IGP). Dans cette optique, les huiles extraites et/ou collectées, ont été soumises à une analyse chimique conventionnelle comme suggéré par le COI et à une analyse rapide en utilisant la spectroscopie de fluorescence 3D en mode frontal (3D-FFFS) et la chromatographie en phase gazeuse ultra-rapide (Ultra-Fast GC).Une corrélation entre le profil en acides gras et les conditions pédoclimatiques des principales régions oléicoles du Liban a été constatée. L'altitude, la température et l'humidité relative sont les principaux facteurs d’influence du profil d'acides gras. Les régions libanaises à haute altitude, à température moyenne basse et à faible humidité relative ont une teneur élevée en acide oléique. Les zones à basse altitude, à température moyenne plus élevée et avec une humidité relative plus élevée ont un profil en acides gras caractérisé par les acides linoléique, linolénique, palmitoléique et palmitique. Les facteurs agricoles, en particulier la date de récolte, affectent également les constituants majeurs et mineurs de l'huile d'olive. En effet, l'acidité et les polyphénols totaux étaient fortement influencés par celle-ci. De plus, une modification du profil d'acides gras caractérisée par une teneur en linoléique plus élevée, une teneur en oléique plus faible, une augmentation du ∆7-stigmasténol dépassant la limite fixée par le CIO et la présence de composés malodorants (dont l’éthanol) ont été observés lors de récoltes plus tardives. En outre, deux facteurs technologiques, notamment un stockage inadéquat des fruits et de mauvaises pratiques hygiéniques de fabrication, ont favorisé la lipolyse enzymatique du triacylglycérol du fruit modifiant de manière significative les profils d'arômes et d’acides gras de l'huile d'olive.La 3D-FFFS et l'Ultra-FGC ont toutes deux montré de très bonnes performances. La 3D-FFFS couplée à des techniques chimiométriques a été appliquée sur des qualités hétérogènes et dégradées d'échantillons d'huile d'olive libanaise afin de prédire les principaux paramètres physicochimiques de qualité. Ainsi, vingt-deux modèles de régression MLR basés sur les scores PARAFAC ont été générés, dont la majorité a montré un bon coefficient de corrélation (R>0,7). Un deuxième modèle, utilisant la PLS sur les matrices d'émission-excitation (EEM) dépliées, a conduit à des résultats similaires, avec une légère amélioration par rapport au modèle MLR. D’autre part, l’Ultra Flash GC a permis d’identifier en quelques minutes seulement (< 2 min) l'éthanol, le (E,E)-2,4-décadiénal (défaut organoleptique) et le 1-hexanol (fruité, herbeux) comme principaux volatils caractérisant la variété Soury.Cette étude offre la possibilité d’établir au Liban un plan de contrôle analytique qui lie les aspects environnementaux et les techniques de culture/récolte aux caractéristiques physico-chimiques de l'huile d'olive qui en résultent. Une telle matrice monitorée à l’aide de techniques d'analyse rapide facilitera la vérification de la conformité du produit final aux normes internationales. En outre, ce travail préparera le terrain grâce à une fiche d'identification détaillée pour l'IGP.
Fichier principal
Vignette du fichier
90122_DIB_2021_archivage.pdf (4.7 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03167838 , version 1 (12-03-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03167838 , version 1

Cite

Omar Dib. Implementation of a physio-chemical approach coupled with a data fingerprinting methodology for the characterization of the Lebanese extra-virgin olive oils. Chemical engineering. Université Paris-Saclay; Lebanese international university, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPASB004⟩. ⟨tel-03167838⟩
214 View
156 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More