LES COLORANTS ARTIFICIELS DANS LES DENREES ALIMENTAIRES DESTINEES AUX ENFANTS

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1 Gymnase Auguste Piccard LES COLORANTS ARTIFICIELS DANS LES DENREES ALIMENTAIRES DESTINEES AUX ENFANTS Chloé Beutler, 3M5 Thème : la chimie au quotidien TM suivit par Monsieur Moret Le 7 novembre

2 Remerciements Je tiens, avant de commencer ce travail, à remercier très particulièrement M. Alan Etournaud, Dr. en chimie, pour ses conseils, ses explications et sa gentillesse. Je remercie aussi M. Yann Berger, Dr. en chimie au SCAV (service de la consommation et des affaires vétérinaires) à Epalinges, pour l accueil ainsi que pour la mise à disposition de son laboratoire concernant mon travail pratique. Finalement, je voudrais remercier M. Emmanuel Moret, professeur de chimie au gymnase Auguste Piccard, pour avoir été mon professeur de TM qui m a soutenu et aidé durant mon travail. 2

3 Résumé : Les colorants sont des additifs alimentaires tout comme les conservateurs, les antioxydants, les émulsifiants, les acides, les bases, les exhausteurs de goût et pour finir les édulcorants. Ils sont divisés en trois catégories : colorants naturels, synthétiques et artificiels. La lettre «E» associée à un numéro, variant entre 100 et 200, sont attribués à chaque colorant, ce qui nous permet de les classifier et reconnaître. De nos jours, les colorants artificiels posent beaucoup de problèmes pour différentes raisons et notamment vis-à-vis de l hyperactivité des enfants. J ai donc décidé de m intéresser à ceux-ci en faisant des expériences sur des bonbons et des sirops car ce sont des denrées alimentaires qui plaisent aux enfants. Le premier colorant artificiel a été découvert en 1856 par Perkins. C est grâce à cette découverte que l industrie des colorants a été lancée. Les premières utilisations des colorants artificiels étaient destinés à la coloration d habits et, au fil du temps, on les utilisa également pour les denrées alimentaires. Leurs rôles, de nos jours, consistent à redonner l apparence originale à un aliment, à assurer l uniformité de la couleur et surtout à intensifier la couleur naturelle de l aliment qui a une forte influence sur le consommateur. Plus la denrée a une belle couleur, plus elle fait envie. L utilisation abusive des colorants artificiels (certains pouvant être potentiellement dangereux) a obligé le législateur à publier une réglementation qui limite le nombre de colorants autorisés et leurs concentrations dans les denrées. D ailleurs certains colorants ont même été interdits dans certains pays. La tartrazine (E102) et le Rouge allura AC (E129), deux colorants parmi les plus toxiques, sont interdits en Amérique et leur usage est très réglementés en France. Ces colorants provoquent généralement de l hyperactivité chez les enfants, cette maladie est de plus en plus présente. Lors de mes expériences, faites par chromatographie sur couche mince (CCM) et par chromatographie en phase liquide à haute performance (HPCL), j ai pu découvrir quels colorants étaient présents dans mes échantillons et vérifier qu ils étaient bien annoncés sur l emballage. Puis j ai effectué une analyse quantitative ce qui m a permis de savoir si les doses de colorants ne dépassaient pas les limites autorisées. Les résultats obtenus ont montré que les échantillons analysés étaient heureusement conformes aux normes légales. Autant au niveau de l analyse qualitative que de l analyse quantitative, les résultats ont été un succès. Les petits doutes présents lors des CCM ont été confirmés par l HPCL. Mon but qui était de savoir si les colorants artificiels présents dans les denrées alimentaires destinées aux enfants étaient tous autorisés par la législation et correctement dosés, est atteint. Ils sont non seulement autorisés mais surtout bien dosés. 3

4 Table des matières : Remerciements p. 2 Résumé p. 3 Table des matières p. 4 1) Introduction p. 5 2) Qu est-ce que les colorants alimentaires? p ) Historique des colorants alimentaires p ) Les différentes sortes de colorants p ) Classification des colorants artificiels p. 7 3) À quoi ça sert? p ) Rôle des colorants p ) Principales utilisations et leurs problèmes p. 9 4) Réglementation des colorants p. 10 5) Les colorants alimentaires sont-ils dangereux pour la santé? p ) Quels colorants sont à éviter? p ) L hyperactivité p. 14 6) Partie expérimentale p ) Théorie p ) Chromatographie sur couche mince (CCM) p ) Comment procéder pour réaliser une CCM? p ) Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) p ) Pratique p. 21 7) Résultats et discussion p ) Résultats des CCM p ) Résultats des HPLC p ) Discussion p. 26 8) Conclusion p. 28 9) Glossaire p ) Bibliographie p ) Annexes p. 33 4

5 1) Introduction Un additif est une substance naturelle ou synthétique qui est ajoutée à une denrée alimentaire dans un but technologique (par ex. conservation) ou organoleptique (par ex. coloration, aromatisation). Les additifs sont d utilisation courante dans l industrie agroalimentaire où on les considère souvent comme «nécessaires» voire «indispensables» Il existe plusieurs sortes d additifs : Les colorants, les conservateurs, les antioxydants, les émulsifiants, les acides, les bases, les exhausteurs de goût et les édulcorants. On les reconnait grâce à la lettre E (pour Europe) suivie d un numéro à trois chiffre qui varie en fonction des catégories des additifs. Les colorants : E100 à E199 (voir liste p. 8) Les conservateurs : E200 à E299 Les antioxydants : E300 à E399 Les émulsifiants : E400 à E499 Les acides, bases : E500 à E599 Les exhausteurs de goût : E600 à E699 Les édulcorants : E950 à E967. Dans ce travail, j ai choisi de m intéresser aux colorants, plus particulièrement aux colorants artificiels, en me concentrant sur une question spécifique : Les colorants artificiels présents dans les denrées destinées aux enfants sont-ils tous autorisés par la législation et correctement dosés? L actualité de ce sujet ainsi que son implication dans la vie de chacun de nous, m ont convaincu de son intérêt. Le choix d aborder ce travail sous l angle des denrées alimentaires destinées aux enfants (bonbons, sirop) découle des quantités importantes de colorants contenues dans de tels produits. 5

6 2) Qu est-ce que les colorants? 2.1) Historique des colorants alimentaires Bien que les colorants aient des caractéristiques modernes, ils sont utilisés depuis plusieurs siècles. Les Égyptiens et les Romains étaient les premiers à utiliser les colorants naturels, provenant des végétaux, des animaux et des minéraux, dans le but d augmenter l envie de manger des produits. Plus les siècles passèrent, plus on découvrait de nouveaux colorants naturels. Dès le Moyen Age, les colorants ont tenu un role plus importants et ont permis de rendre des produits visuellement plus beaux qu ils ne l étaient naturellement, pour pouvoir mieux les vendre. Mais plusieurs colorants toxiques étaient utilisés, comme les oxydes de chrome ou de plomb, conduisant à des empoisonnements chroniques. Jusque là, les connaissances concernant les colorants s arrêtaient aux produits naturels. C est en 1856 que Sir W.H. Perkins découvrit le premier colorant synthétique (c est-à-dire fabriqués chimiquement) : la mauvéine. Ce colorant artificiel a été trouvé par hasard dans un mélange goudronneux, résultat d une expérience ratée. La mauvéine fut utilisée en premier lieu pour colorer une robe en soie de la reine Victoria (Royaume-Uni). Grâce à cette découverte fortuite, l industrie des colorants était lancée et les colorants prirent une grande importance dans le domaine industriel e, notamment, alimentaire. L arrivée sur le commerce de colorants de toutes sortes, nécessite dès le début du 20 ème siècle l entrée en vigueur d une réglementation, principalement dans le but d interdire l utilisation de colorants toxiques. 2.2) Les différentes sortes de colorants On peut classer les colorants dans trois catégories différentes : - Les colorants naturels - Les colorants naturels modifiés ou de synthèse (identiques aux naturels) - Les colorants artificiels Les colorants naturels sont les colorants provenant de la nature elle-même (végétaux, animaux, ). Ils sont extraits de denrées telles que la betterave, le paprika, les carottes, etc Ce sont des colorants généralement liposolubles, ils se stockent dans les graisses, ils s éliminent donc moins facilement que les colorants artificiels autorisés qui eux sont tous hydrosolubles. Les colorants naturels sont souvent chers, peu stables et moins efficaces que les autres colorants, mais ils ont l avantage de poser peu de problèmes pour la santé. Ils sont aussi identifiés grâce à leur numéro ; E1--. Le caramel (150a) est un bon exemple de colorants naturels car il est obtenu en chauffant simplement du sucre en présence de substances acides. Les colorants naturels modifiés, obtenus à partir de colorants naturels, et les colorants de synthèse, identiques aux naturels, sont relativement plus dangereux pour la santé. Ils sont 6

7 souvent fabriqués en utilisant des solvants chimiques ; si ces derniers ne sont pas efficacement éliminés, ils pourraient être à l origine de problèmes de toxicité. Les colorants artificiels sont des additifs qui n existent pas dans la nature et qui sont entièrement fabriqués chimiquement. Ils sont généralement moins chers, offrent une plus grande variété de couleurs, sont disponibles en grandes quantités et sont plus stables que les colorants naturels. 2.3) Classification des colorants artificiels On peut classer les colorants artificiels en 4 catégories : 1) Les colorants azoïques sulfonés (hydrosolubles) : jaune orange S (E110), tartrazine (E102), azorubine (E122), amarante (E123), ponceau 4R (E124), rouge allura AC (E129), noir brillant BN (E151) 2) Les colorants sulfonés dérivés du triarylméthane (hydrosolubles) : bleu patenté V (E131), vert acide brillant BS (E142) 3) Les colorants xanthéniques, dérivés de la fluorescéine (Cf.. glossaire (1)) : érythrosine (E 127) 4) Les colorants indigoïdes sulfonés (hydrosolubles) : jaune de quinoléine (E104), indigotine (E132) Bouteilles de colorants 7

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9 3) À quoi ça sert? 3.1) Rôle des colorants La couleur d un aliment possède généralement un effet sur notre perception de celui-ci, elle peut augmenter, par exemple, l appétence du consommateur. Les colorants sont des additifs qui permettent d améliorer et/ou de modifier l aspect d un aliment. Ils n ont aucune valeur nutritive mais permettent, en améliorant l aspect, de donner envie de consommer cet aliment. Car, ce sont la forme et la couleur qui permettent au premier abord de reconnaitre un aliment; la couleur ayant une très grande influence sur notre perception subjective de l aliment. En effet, des crêpes bleues, par exemple, ne sont pas appétissantes bien qu elles aient exactement le même goût que des crêpes de couleur normale. Les colorants sont donc des additifs essentiels pour la consommation et sont ainsi utilisés à différents niveaux par l industrie alimentaire : - pour redonner l apparence originale à un aliment - pour assurer l uniformité de la couleur - pour intensifier la couleur naturelle de l aliment qui a une influence sur le consommateur. 3.2) Principales utilisations et leurs problèmes Les quantités de colorants admises dans un aliment sont minimes, de l ordre de quelques mg/kg mais le choix du colorant est très important. En effet, il existe plusieurs colorants pour une couleur donnée, car il existe plusieurs nuances de couleur mais tous ces colorants ne sont pas forcément interchangeables. De plus, il est interdit de mélanger trop de colorants ensemble pour arriver au résultat recherché. Les colorants ont plusieurs caractéristiques : le pouvoir colorant, la stabilité, la reproductibilité, la solubilité et l aptitude à se fixer aux molécules des aliments. Malheureusement, ces caractéristiques ont des désavantages et peuvent causer des problèmes. Le problème majeur lié à l introduction d un colorant dans un aliment est sa stabilité chimique (perte de la couleur). Elle dépend entièrement de la réaction de la substance par rapport à l environnement. Il faut donc tester la substance avec le colorant avant de pouvoir mettre l ensemble sur le marché. Les facteurs qui causent la perte de la couleur sont : - la lumière intense (principalement les rayons UV) - une chaleur excessive - la présence d agents oxydants, réducteurs, microorganismes. 9

10 Pour tenter d éviter ces problèmes de stabilité, le colorant sera introduit au dernier moment dans la substance de préférence à une température basse, puis sera stocké dans l obscurité pour la conserver au maximum. Une solution a été trouvée pour éviter la perte rapide de la couleur de l aliment : c est la laque. La laque est un pigment, une substance insoluble (Cf. glossaire (2)) colorant par dispersion. Elle est faite de colorants artificiels, obtenue par précipitation et adsorption d un colorant soluble sur un support insoluble. La laque, contrairement aux colorants que l on injecte normalement, évite les problèmes de migration du colorant, résiste à la lumière et à la chaleur. Une fois de plus, de manière générale, les colorants artificiels se dégradent moins vite et sont plus résistant que les colorants naturels. Ainsi, les colorants sont présents dans de nombreux produits alimentaires. Bien que les quantités soient minimes, un dosage trop ou pas assez élevé peut perturber l apparence idéale d un produit. 4) Réglementation Les teneurs en colorants artificiels ayant été limitées, voici les quantités autorisées concernant les colorants utilisés dans ce travail : (dose autorisée par colorant mais dose maximale s il y a plusieurs colorants dans une denrée ex : 300mg/kg de E102 autorisé mais maximum 300mg/kg de E102 + E104 + E129 autorisé.) Colorants quantité autorisée dans les confiseries E102, E104, E129, E131, E132, E133, E mg/kg E110, E122, E124, E155 50mg/kg quantité autorisée dans les sirops E102, E104, E129, E131, E132, E133, E142, E mg/l E110, E122, E124, E155 50mg/l Carac dans les normes Carac hors normes 10

11 5) Les colorants alimentaires sont-ils dangereux pour la santé? Depuis quelques années, de plus en plus de contrôles sont effectués pour mesurer la teneur en colorants artificiels des denrées alimentaires. Certains se sont révélés dangereux et malsains. Quelques rappels sont nécessaires concernant certains termes spécifiques avant de parcourir la liste des colorants artificiels à éviter. Les colorants azoïques : ils ont une grande stabilité chimique (ph ; température) et une intensité de teintes importantes. Ils possèdent toujours dans leur structure un groupe azoïque : -N=N- qui s appelle un chromophore. Celui-ci est responsable de la coloration du composé. Le chromophore est associé à des noyaux aromatiques (Cf. glossaire (3)) puis couplé à un groupe auxochromes (Cf. glossaire (4)) c est un groupe susceptible de se transformer en sel, il permet la fixation des colorants et peut modifier la couleur de ce dernier selon les groupes ; soit acide soit basique. Dans le cas présent nous sommes en présence de colorants hydrosolubles acides. 5.1) Quels sont les colorants à éviter? Colorants Naturels/Artificiels Risques et dangers Où sont-ils utilisés? DJA* (mg/kg de poids corporel) Tartrazine, E102 Colorant artificiel, jaune azoïque hyperactivité, asthmetroubles de la vue, insomnies, pourrait être cancérigène, résistance microbienne aux antibiotiques. Plusieurs aliments tels que les boissons, merguez, bonbons, gâteaux, médicaments, Jaune de Quinoléine, E104 Colorant artificiel hyperactivité, asthme, eczéma, insomnie, risques d'allergies, cancérigène Dans de nombreux aliments 0-10 Jaune 2 G, E107 Colorant artificiel hyperactivité, asthme, eczéma, insomnies / Jaune Orange ʺSʺ, E110 Colorant artificiel, colorant jaune azoïque hyperactivité, asthme, urticaire, insomnie, vomissements, cancérigène, allergie à l'aspirine Dans les glaces, pâtisseries, médicaments

12 Colorants Naturels/artificiels Risques et dangers Où sont-ils utilisés? DJA* (mg/kg de poids corporel) Cochenille, acide carminique, E120 Colorant naturel rouge Hyperactivité, asthme, eczéma, pourrait être cancérigène et mutagène, fabriqué à partir d insectes écrasé ou chimiquement Dans les boissons sucrées, les yaourts, les chewing-gums 0-5 Azorubine, Carmoisine, E122 Colorant artificiel, rouge azoïque Hyperactivité, réactions cutanées, allergies, rhinites, asthme, insomnies, œdème, cancerigène Dans les aliments sucrés 0-4 Amarante, E123 Colorant artificiel, azoïque rouge Hyperactivité, asthme, urticaire, insomnies, cancérigène Dans les vins, spiritueux, œufs de poisson Ponceau 4R, E124 Colorant artificiel, azoïque rouge hyperactivité, asthme, urticaire, insomnies, cancérigène Dans le ketchup, fruits confis, bonbons, yaourt, boissons, chewing-gum 0-4 Erythrosine, E127 Colorant artificiel, rouge azoïque Hyperactivité, asthme, insomnies, problème de tyroïdes, risque de cancer Dans les cerises confites, bonbons, sirop aux fruits Rouge 2G, E128 Colorant artificiel, rouge hyperactivité, asthme, urticaire, insomnies, cancérigène Dans des saucisses et des steaks hachés 0-1 Rouge allura AC, E129 Colorant artificiel, azoïque Allergies diverses, hyperactivité, cancérigène Dans les pâtisseries, confiseries

13 Colorants Naturels/artificiels Risques et dangers Où sont-ils utilisés? DJA* (mg/kg de poids corporel) Bleu patenté V, E131 Colorant artificiel, bleu azoïque Hyperactivité, asthme, nausées, tension artérielle, tremblements, cancer Dans de nombreux aliments / Indigotine, E132 Colorant artificiel, bleu Hyperactivité, nausées, hypertension, réactions cutanées, problèmes respiratoires, allergies, cancérigène et mutagène Dans les cosmétiques 0-5 Bleu brillant, E133 Colorant artificiel, bleu Hyperactivité, asthme, urticaire, insomnies, cancérigène Dans les boissons et confiseries Vert brillant BS/vert lissamine, E142 Colorant artificiel, vert Hyperactivité, asthme, réactions cutanées, insomnies, cancérigène Dans de nombreux aliments / Noir brillant BN/noir PN, E151 Colorant artificiel, azoïque Hyperactivité, cancérigène Dans de nombreux aliments 0-1 Brun FK, E154 Colorant artificiel, azoïque brun Hyperactivité, asthme, rhinites. Urticaire, insomnies, kystes, dégénérescence, cancérigène Dans les harengs fumés / Brun HT, E155 Colorant artificiel, azoïque brun Hyperactivité, asthme, urticaire, insomnies, problèmes rénaux, cancérigène Dans les gâteaux au chocolat

14 Colorants Naturels/artificiels Risques et dangers Où sont-ils utilisés? DJA* (mg/kg de poids corporel) Canthaxanthine, E161g Colorant artificiel et naturel, jaune orange, dérivé de champignons, ou produit chimiquement Toxique pour le foie, peut déposer des cristaux dans la rétine qui serait irréversible Dans les saucisses de Strasbourg Aluminium, E173 Colorant artificiel, gris, aluminium en poudre Neurotoxique, Alzheimer, risques rénaux Décoration de gâteaux et bonbons 0-1 Argent, E174 Colorant naturel, minéral argenté Empoisonnement, coloration de la peau, dur à éliminer de l organisme Décoration de gâteaux et bonbons / Or, E175 Colorant naturel, minéral doré Perturbations de la composition du sang Pour colorer les boyaux, bonbons et gâteaux / Pigment rubis, E180 Colorant artificiel, azoïque rouge Hyperactivité, asthme, réactions cutanées, insomnies, cancérigène Dans les croutes au fromage *DJA = dose journalière admise 5.2) L hyperactivité L hyperactivité est la plus importante maladie provoquée par les colorants artificiels; c est pour cela que je vais me concentrer que sur cette maladie. Fin 2007, des chercheurs anglais de l université de Southampton ont publié une étude (réf. 12) traitant des effets de certains colorants alimentaires artificiels sur l hyperactivité des enfants. Selon eux, il y aurait une relation de cause à effet entre ceux-ci et le comportement de certains enfants entre trois à neuf ans. Ces colorants sont les suivants : - E102 - E104 - E110 - E122 - E124 - E129 -> principalement. 14

15 Ayant analysé les résultats de cette étude, l office fédéral de la santé publique (OFSP) et l autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) ont contesté les résultats de l équipe de Southampton (réf.(18)). Les points suivants ont notamment été critiqués : - les personnes qui ont observé l activité et l attention des enfants n étaient, soit pas objectives, soit non formées. - Le critère pour la mesure de l hyperactivité se base sur plusieurs évaluations mais sa signification n était pas clairement rétablie. - L étude n a pas permis d établir un lien effet/dose, soit : quelles modifications du comportement ont été observées et ce, dû à quelle dose absorbée? - Il n y a aucune preuve concrète de la dangerosité des colorants seuls car les tests ont été faits sur des mélanges de colorants. Situation actuelle en Suisse et dans l UE: Le droit suisse sur les denrées alimentaires ne prescrit, actuellement, aucune mise en garde concernant ces colorants artificiels, car il n a pas été prouvé de façon irréfutable qu ils étaient mauvais pour la santé. Cela irait donc à l encontre de la loi sur les denrées alimentaires d interdire leur utilisation. En revanche, dans l union européenne, les aliments contenant ce type de colorants doivent êtres identifiés comme tels et doivent porter la mention «peut avoir des effets indésirables sur l activité et l attention chez les enfants», exceptés dans les boissons contenant plus de 1,2% d alcool, ainsi que dans les denrées alimentaires dans lesquelles les colorants sont utilisés pour le marquage de la viande ou pour la coloration des coquilles d œufs. En revanche, rien n est spécifié concernant la forme que doit prendre la mise en garde ainsi que la taille de la police et son emplacement sur l emballage. Pour en revenir à la Suisse, l OFSP (Cf. glossaire (5)) ne juge pas que de mettre en garde le consommateur contre certains produits soit une bonne solution. Il préconise de réduire la quantité du produit concerné, voire de l interdire, pour protéger la santé du consommateur. Les colorants contenus dans un aliment doivent être indiqués sur la liste des ingrédients de ce dernier ainsi que leur code précis (par exemple E102), de cette manière le consommateur ne souhaitant pas consommer ce produit peut l éviter. Avant 2007, l EFSA (Cf. glossaire(6)) commençait déjà à réévaluer les risques de ces colorants et avait alors abaissé la dose journalière admise (DJA) de ces derniers. Cette décision n avait cependant pas été prise en ayant tenu compte des résultats de Southampton, mais plutôt sur la base des effets toxiques avec certains composants lorsqu ils sont consommés à haute dose. Dangers des colorants alimentaires artificiels pour la santé : - favorise les cancers E133 - hyperactivité E129 - maladies rénales E110 - stérilité chez les hommes E133 - affaiblissement du système immunitaire E102 15

16 Comment éviter les colorants artificiels dangereux? - Donner le plus possible des aliments contenants des colorants naturels et éviter les aliments trop colorés. - Lire attentivement les étiquettes des aliments et si l un des colorants cité plus haut apparaît, éviter de l acheter. - Éviter les aliments qui contiennent beaucoup de couleurs vives (bonbons etc.) - Se méfier des aliments trop colorés. Cela sert à tromper le consommateur! N hésitez pas à demander au vendeur. (faire croire à la fraîcheur du produit par exemple) - Ne pas faire ses courses avec ses enfants car ils sont attirés par les couleurs, question de marketing. - Ne pas hésiter à se renseigner dans internet sur la teneur en colorants artificiels des aliments que vous achetez. Et de savoir s ils sont autorisés et si oui en quelle quantité. Hyperactivité chez les enfants En majeure partie, les colorants alimentaires dangereux pour la santé ont soit été interdits, soit réduits à des doses minimes. Cependant, certains d entre eux restent à long terme un risque pour la santé des consommateurs. Ils peuvent par exemple provoquer des cancers, de l asthme, des insomnies, maux de ventre et toutes sortes d autres pathologies. 16

17 6) Expérience 6.1) Partie théorique Il existe deux méthodes chromatographiques utilisées communément pour analyser des colorants : Les analyses qualitatives (Cf. glossaire (7)) se font par CCM (chromatographie sur couche mince), et permettent l identification des colorants. Les analyses quantitatives (Cf. glossaire (8)), par HPLC (high performance liquid chromatography, chromatographie en phase liquide à haute performance) permettent de doser les colorants et de confirmer leur présence dans la denrée ) La Chromatographie sur couche mince (CCM) La chromatographie sur couche mince est une technique analytique (Cf. glossaire (9)) qui permet principalement l identification de substances chimiques. La CCM possède deux phases. La phase stationnaire : une couche mince adsorbante (cellulose, alumine, kieselguhr ou gel de silice) et la phase mobile : le solvant qui va progresser le long de la phase stationnaire. Elle permet de contrôler, facilement, la pureté d un échantillon. L échantillon est considéré comme pur seulement s il possède une seule substance (= une tache). Une fois l extrait déposé sur la phase stationnaire, les substances vont migrer, à une certaine vitesse, selon leurs caractéristiques (polarité (Cf. glossaire (10)), affinité) leur nature et selon la nature du solvant (=éluant) utilisé. Les éléments nécessaires pour la séparation chromatographique sont : la cuve chromatographique (Cf. glossaire (11)) : en verre, étanche. la phase stationnaire : une couche de gel de silice (Cf. glossaire (12)) ou de cellulose (Cf. glossaire (13)) sur support plastique. l extrait de l échantillon. l éluant : solvant qui migre plus ou moins lentement le long de la plaque et qui entraîne plus ou moins vite les composants de l extrait. Lorsque la plaque a été déposée dans la cuve, l éluant va monter le long de la phase stationnaire par capillarité (Cf. glossaire (14)). Les composés de l extrait vont faire de même, en restant toujours derrière le front du solvant. La vitesse à laquelle se déplacent les composés dépend des forces électrostatiques (affinités intermoléculaires, ce que retient le composant sur la plaque stationnaire) et de la solubilité de ceux-ci dans la phase mobile. La polarité des solvants joue ainsi un rôle sur le déplacement des composants des échantillons car moins le composant est polaire, plus ils migrent rapidement. Les éluants sont donc choisis par rapport à leur polarité. Les substances polaires sont celles qui possède deux pôles différents et qui sont solubles dans l eau. 17

18 ) Comment procéder pour réaliser une CCM La première chose à faire, est de choisir sa plaque de CCM (silice/alumine/cellulose). Une fois la plaque choisie, il faut tracer un trait horizontal au crayon à environ 1 cm du bas de la plaque. On dépose, grâce à une micropipette (Cf. glossaire (15)), une petite quantité de notre extrait sur la ligne horizontale (voir image A p.18). Un cm à côté, on dépose le ou les colorants de référence (voir image B p.18). Une fois toutes les substances déposées (voir image C+D p.18), placer la plaque verticalement dans une cuve contenant moins d un cm (pour que les substances ne se dissolvent pas dans le liquide) de l éluant désiré selon le résultat recherché. La migration des substances se fera par capillarité et va être plus ou moins rapide selon l éluant choisi par rapport au solvant et à la plaque. Lorsque le front du solvant arrivera à environ 1 cm de l extrémité supérieure de la plaque, la sortir, faire un trait fin au crayon où le front du solvant est arrivé et la laisser sécher à l air libre (voir image E p.18). La plaque, une fois sèche, peut être observée. Les colorants contenus dans l extrait et les colorants de référence auront migré sous forme de taches, visible à l œil nu ou sous rayons UV. Si une tache de l extrait est à la même hauteur qu une tache d un colorant de référence, c est qu il s agit du même colorant! Le Rf de chaque tache permet également l identification des divers colorants présents dans l extrait (voir partie pratique p.22). A B C D E 18

19 6.1.2) Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) L abréviation HPLC signifie high performance liquid chromatography, ce qui veut dire en français «chromatographie en phase liquide à haute performance». Cette méthode existe depuis les années 1990 et permet de séparer, d identifier et de déterminer les proportions des composés d un mélange. L appareil permettant d effectuer la chromatographie comporte quatre parties : le système de pompage, l injecteur, la colonne et le détecteur. Au travers de chaque partie passe un liquide (éluant) qui entraine les substances dans le but de les séparer. En voici un schéma : La pompe : elle permet de délivrer les solvants à un débit constant. Elle possède un programmateur, ce qui laisse la possibilité de faire les analyses avec un ou plusieurs solvants en même temps. L injecteur : il possède une boucle d échantillonnage à volume variable, qui permet d avoir un volume injecté constant, ce qui est très important pour les analyses quantitatives. La colonne : Souvent construite en inox pour résister aux fortes pressions, elle joue le rôle de phase stationnaire. Il est possible de mettre une pré-colonne qui retient les éventuelles impuretés encore présentes dans l extrait de l échantillon ; ce qui empêche que la colonne s abime trop rapidement. Le détecteur : il existe plusieurs sortes de détecteurs dont le détecteur UV a barrettes de diodes (DAD). Celui-ci permet de déterminer l absorbance de la phase mobile sur une gamme de plusieurs longueurs d ondes dans le domaine ultra violet. On obtient ainsi le spectre d absorption UV des composés que l on a séparés. En HPLC comme dans les CCM, il existe plusieurs phases. Les phases mobiles donc les éluants et les phases stationnaires qui sont elles aussi divisées en deux catégories : la phase normale et la phase inverse. Ces phases sont présentes dans les colonnes. 19

20 - La phase normale : elle est composée de gel de silice, matériau polaire. Un éluant apolaire sera nécessaire pour que les produits polaires soient retenus dans la colonne. Les produits apolaires sortiront donc en premier. - La phase inverse : elle est composée de silices greffées par des chaînes, ce qui veut dire que cette phase est apolaire (les silices greffées font perdre de la polarité). Un éluant polaire sera nécessaire pour que les produits apolaires soient retenus dans la colonne. Les produits polaires sortiront donc en premier. - La phase mobile : l interaction, plus ou moins grande, entre la phase mobile et la phase stationnaire, qu elle soit normale ou inverse, a un rôle sur le temps de sortie des substances séparées. En résumé, si la phase stationnaire est polaire, on utilisera une phase mobile apolaire, cela s appelle la HPLC. Si la phase stationnaire est apolaire, on utilisera une phase polaire, c est la HPLC en phase inversée. Une fois que l extrait est passé par toutes ces étapes, le résultat va apparaître sous forme d un chromatogramme, qui fournira non seulement une identification des colorants mais aussi leurs teneurs dans l extrait et donc dans l échantillon analysé. Chromatogramme des colorants de références 20

21 6.2) Pratique Echantillon n o 1 Sucette Orange 2 Sucette Jaune Colorants annoncés E100 E102 E110 E124 E132 E133 E100 E102 E110 E124 E132 E133 3 Sucette rouge (goût cerise) 4 Sucette Multicolore 5 Sirop menthe (Morand Martigny) E129 E104 E110 E122 E129 E133 E171 E104 E110 E131 6 Sirop grenadine (Denner) E122 E124 21

22 CCM (Chromatographie sur couche mince) Pour l identification des colorants artificiels, j ai utilisé deux éluants différents. Composition des éluants : A1 Eau 80ml adsorbant: Cellulose Ammoniaque 25% Citrate trisodique.2h2o 20ml 2g. A2 Tert-butanol 50ml adsorbant : Cellulose Acide propionique Eau Chlorure de potassium 12ml 38ml 0.4g. Remarque : L éluant A1 convient pour la séparation de la plupart des colorants artificiels, par contre le A2 est meilleur pour la séparation des colorants artificiels bleus. De ce fait j ai fait deux CCM qui on migrés l une dans lea1 et l autre dans le A2. A1 A2 Ensuite j ai calculé le Rf (Rapport frontal : rapport entre la distance parcourue depuis la ligen de dépôt jusqu au ventre de la tache et la distance parcourue par le front de l éluant) (Cf. glossaire (16)) des différents extraits afin de pouvoir les comparer aux standards et me permettre de les identifier qualitativement. 22

23 Mode opératoire Chaque sucette est broyée en petits morceaux dans un mortier (voir image 1 p.23). puis transvaser ces derniers dans un bécher (Cf. glossaire (17)) et dissoudre la totalité dans de l eau (voir image 2 p.23). Les sirops sont dilués avec de l eau selon la recette donnée sur la bouteille. Mettre la solution colorée obtenue en milieu acide (ph < à 2) en ajoutant quelques gouttes d acide formique(hcooh). Verser cette solution délicatement sur une cartouche de polyamide (Cf. glossaire (18)), les colorants artificiels se fixent sur la polyamide en milieu acide. Rincer plusieurs fois avec de l eau, du méthanol (Cf. glossaire (19)) et de l acétone (Cf glossaire (20)) pour éliminer toutes les autres substances (sucre, protéines ) (voir image 3 p.23) Eluer les colorants avec une solution basique (méthanol ammoniaque 95 : 5 ) et récupérer l extrait dans un ballon en cœur (Cf. glossaire (21)). (voir image 4 p.23) Evaporer le solvant d élution (Cf. glossaire (22)) à sec au moyen d un évaporateur rotatif (Cf. glossaire (23)) (voir image 5 p.23). Reprendre le résidu dans quelques gouttes de solvant volatil (méthanol), l extrait de l échantillon est prêt pour l analyse par CCM (voir image 6 p.23). Pour l analyse par HPLC, faire la même chose sauf Peser précisément l échantillon de départ. Reprendre l extrait dans une quantité connue de solvant (Eau)

24 7) Résultats 7.1) Résultats des CCM Rf standards colorants artificiels couleur de la tache Eluant A1 Eluant A2 Standards Jaune E E104 Orange E110 Rouge E E E129 Bleu E E133 Rf échantillons couleur de la tache Echantillons Eluant A1 Eluant A2 Identification Orange No E110 Jaune No E102 Rouge No E129 Jaune No E104 Orange E110 Rouge E129 Rouge pas de tache 0.54 E122? Bleu E133? Jaune No E104 Bleu E131 Rouge No E124 Rouge E122 Remarque : On voit que la CCM a ses limites, notamment pour l'échantillon no 4. Cet échantillon contient plusieurs colorants et malgré le fait d'avoir utilisé 2 éluants différents on n'est pas absolument sûr des résultats pour les 2 colorants rouges. On pourrait refaire une CCM en changeant le support et l'éluant ce qui permettrait sûrement la confirmation. Mais j'ai décidé de confirmer et doser mes échantillons par HPLC. 24

25 7.2) Résultats des HPLC Résultats du HPLC avec système d acquisition DAD ( plusieurs longueurs d onde) Colorants jaunes : ʎ 420nm. ( E102, E104 ) Colorants oranges : ʎ 485nm. ( E110 ) Colorants rouges : ʎ 520nm. ( E122, E123, E124, E129 ) Colorants verts et bleus : ʎ 620nm. ( E131, E133 ) Calcul par la méthode des standards externes. Colorants (mg/kg) = X VF = Quantité de colorants obtenue par la droite de calibration [mg/l] = Volume de dilution de l échantillon (volume final) [ml] 1000a = Facteur de conversion pour 1kg. 1000b = Facteur de conversion pour 1 ml. P = Prise de l échantillon *g+ Echantillons longueur d'onde Identification prises Ech. (g.) Volume final (ml) Résultats mg/kg No 1 485nm. E No 2 420nm. E No 3 520nm. E No 4 420nm. E nm. E nm. E E nm. E Total colorants No 5 420nm. E ml* nm. E110 Inf. à 1mg/l 620nm. E Total colorants 26.3 No 6 520nm. E ml* E Total colorants 47.6 * les sirops ont été dilués selon la recette sur l'emballage. No 5 / dil. 1+4 No 6 / dil

26 Remarque : Il faut savoir que la couleur est due aux ondes lumineuses (Cf glossaire (24)). Lorsque qu un aliment est coloré, cela signifie qu il a absorbé des rayons lumineux d un longueur d onde correspondant à la couleur complémentaire de celle qui est perçue par notre œil. Ainsi : Le colorant jaune a un maximum d absorbance d une longueur d onde de 420 nm, ce qui correspond au violet, c est la couleur complémentaire du jaune. Le colorants orange a un maximum d absorbance d une longueur d onde de 485 nm, ce qui correspond au bleu, c est la couleur complémentaire du rouge. Le colorant rouge a un maximum d'absorbance d une longueur d'onde de 520 nm, ce qui correspond au vert, donc la couleur complémentaire du rouge. Complémentarité des couleurs 7.3) Discussion En ce qui concerne les CCM, on remarque que malgré quelques imprécisions, on arrive assez facilement à déterminer quels sont les colorants recherchés. D autant plus en utilisant des éluants différents. Quelques doutes sont tout de même présents (cas de mélange trop importants). Par exemple pour l échantillon n 4, le rouge, n a pas de tache mais on suppose que c est du E122. Pour le bleu (toujours dans l échantillon n 4) il y a une marge d erreur trop grande donc difficile d être sûr que ce soit du E133. Nos doutes seront vite dissipés en voyant les résultats du HPLC : car on obtient ainsi une confirmation de nos suppositions. C est seulement grâce à cette méthode du HPLC que nous arrivons à déterminer précisément le ou les colorants ainsi que les quantités réelles présentes dans nos échantillons. En vérifiant la composition annoncée sur l emballage, on remarque que nous avons identifié les mêmes colorants. Mis à part pour les trois premiers échantillons qui annoncent tous les colorants, par facilité d emballage. 26

27 À la suite de ces trois vérifications, j ai comparé mes résultats avec les normes susmentionnées (page 10, point 4) et on remarque que tous les colorants détectés sont conformes aux normes en vigueur. Est-ce le cas pour les denrées suivantes? Macarons de «ladurée» 27

28 8) Conclusion Depuis juillet 2010, les denrées alimentaires vendues dans l UE qui contiennent les colorants E102, E104, E110, E122, E124, E129, il est obligatoire de mettre la mise en garde suivante sur l emballage : «peut avoir des effets indésirables sur l activité et l attention chez les enfants». Cette mise en garde est en vigueur uniquement dans l UE mais pas en Suisse car L OSFP trouve que le domaine des colorants est assez réglementé pour ne pas rajouter cette mise en garde. D ailleurs dans l échantillon n 3, la sucette rouge «fiesta», gout cerise, vient d Espagne et la mise en garde est clairement indiquée sur l emballage. Mais certains colorants sont autorisés en Suisse alors qu ils sont interdits ailleurs. Par exemple, le E122, qui est limité chez nous à 50mg/kg et qui est interdit au USA, en Autriche, en Norvège, en Suède et au Japon. Tout comme le E129, qui est très toxique, il est autorisé en Suisse à une dose de 300mg/kg (ce qui est énorme) alors qu il est interdit notamment en Allemagne, en Autriche, en Belgique, au Danemark, en France, en Norvège et en Suède. En ce qui concerne les USA, le E129 a été introduit dans les années 1980 pour remplacer le E123 car il était jugé très cancérigène. De plus les colorants E104, E110, E122 et E124 sont maintenant interdits là-bas. Il faut savoir que le colorant E102 peut produire des allergies avec l aspirine et peut provoquer de l asthme. Il a donc été interdit en Suisse depuis le 1 er janvier 1991 et a été réintroduit récemment, j ignore la date exacte de sa réintroduction (suite aux accords bilatéraux entre la Suisse et la communauté européenne). On constate donc que l usage des colorants dans les denrées alimentaires constituent un problème important car ils concernent tout le monde. Les colorants artificiels font partie de notre vie, de notre quotidien et nous devons faire au mieux pour éviter le plus possible les gros problèmes tels que l hyperactivité chez les enfants, qui eux sont de plus en plus touchés par cette maladie. Ce travail m a appris beaucoup de choses concernant les colorants artificiels et leurs risques et je pense que dorénavant, je ferais bien plus attention qu avant aux colorants présents dans les aliments que je mangerais. D ailleurs depuis quelques mois, j ai remarqué qu il y avait de plus en plus de denrées alimentaires destinées aux enfants qui ne comportaient plus du tout de colorants artificiels mais au contraire, des colorants naturels. Ce net changement est sûrement dû à toutes les polémiques concernant les dangers des colorants artificiels sur les enfants. On constate donc que les fabricants ont pris conscience des risques et ont fait en sorte que ceux-ci diminuent et qu il y ait moins de problème. «Les hommes éprouvent une grande joie à la vue de la couleur, l œil en a besoin comme il a besoin de lumière.» Goethe,

29 9) Glossaire (1) Fluorescéine : substance chimique, dérivée du xanthène (composé organique), qui est fluorescente sous les ultraviolets. (2) Substance insoluble (solvant) : substance qui se dissout très peu voir pas du tout dans l eau ou un solvant. (3) Noyau aromatique : une molécule de benzène (hydrocarbure aromatique cancérigène). (4) auxochrome : se dit d un groupe pouvant former des sels (acide ou basique). (5) OFSP : office fédéral de la santé publique. Son objectif est de protéger la santé des habitants de la Suisse. (6) EFSA : European food safety authority (autorité européenne de sécurité des aliments), il s occupe de l évaluation des risques relatifs à la sécurité des aliments destinés à l alimentation des êtres humains. (7) Analyse qualitative : analyse permettant d identifier les colorants sont présents dans les échantillons. (8) Analyse quantitative : analyse permettant d identifier quelles concentrations des colorants présentes dans les échantillons analysés. (9) : Technique analytique : méthode d analyse. (10) : Polarité : c est une caractéristique d une molécule. Elle possède des charges positives et négatives qui sont concentrées les unes à l opposé des autres, généralement à l extrémité de la molécule. Si les molécules sont polaires, elles sont solubles dans les composés polaires et insolubles dans les apolaires et vis versa. Une molécule polaire connue c est l eau (H₂O). (11) Cuve chromatographique : récipient où l on met l éluant ainsi que la CCM 29

30 (12)Couche mince de gel de silice : c est une plaque de CCM en plastique sur lequel on a été étaler une phase stationnaire (polaire) en fine couche de gel de silice. (13)Couche mince de cellulose : c est une plaque de CCM en plastique sur lequel on a été étaler une phase stationnaire (polaire) en fine couche de cellulose. Elle adsorbe les composés polaires. (14) Capillarité : Phénomène physique par lequel un liquide tente à monter. (15) Micropipette : pipette qui permet de prélever très précisément des petits volumes. (16) Rf : Rf= = distance parcourue par le compoé (mesuré au centre de la tache) D = distance parcourue par le front du solvant (17) Becher : récipient utilisé dans les laboratoires. (18) Résine de polyamide : composé macromoléculaire synthétique (il s agit d un polymère), utilisé dans la fabrication de matières plastiques. (19) Méthanol : composé chimique, c est le plus simple des alcools, liquide polaire, utilisé comme liquide de refroidissement, solvant, carburants. (20) Acétone : solvant utilisé pour solubiliser des nombreuses espèces organique et elle est miscible avec l eau. (21) Ballon en cœur : 30

31 (22) Solvant d élution : solvant ou mélange de solvant permettant une élution. (23) Évaporateur rotatif : appareil utilisé pour distiller rapidement des solvants ou pour concentrer à sec une solution. (24) Ondes lumineuses : la couleur est une longueur d onde. Il existe une relation directe entre la couleur de la lumière et la longueur de l'onde lumineuse. L ensemble des longueurs d'ondes est appelé spectre de la lumière blanche (cet ensemble est défini du rouge au violet, en passant par les couleurs de l'arc-enciel). 31

32 10) Bibliographie Livres : (1) Hélène Barbier du Vimont, 2008, Additifs alimentaire ce que cachent les étiquettes, Guy Trédaniel, 127p. (2) Manfred et Nicole Moll, 2000, Précis des risques alimentaires, TEC & DOC, 383p. (3) Werner J.Bauer, Raphaël Badoud, Jürg Löliger, Alain Etournaud, 2010, Sciences et technologie des aliments (principes de chimie des constituants et de technologie des procédés), presse polytechniques et universitaires romandes, 720p. (4) Société suisse pour la protection de l environnement(spe), 1991, Additifs alimentaire, Georg, 123p. (5) Le petit Larousse illustré, 2002, 1786p. Sites : (5) (6) (7) 19-tableau-web-azoiques.pdf (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) hommes et colorants (17) (danger)-partie html (18) 32

33 11) Annexes CCM faites et analysées durant ma partie pratique : CCM n 1 (A₂, sucette multicolore, sirop menthe) 33

34 CCM n 2 (A₂, sirop menthe, sirop grenadine ) 34

35 CCM n 3 (A₁, sirop menthe, sirop grenadine) 35

36 CCM n 4 (A₁, sucette jaune, sucette orange, sucette rouge, sucette multicolore) 36

37 CCM n 5 (A₂, sucette jaune, sucette orange, sucette rouge, sucette multicolore) 37

38 HPLC : Chromatogramme des colorants de références 38

39 39

40 40

41 Chromatogramme de l échantillon n 1 (sucette orange) 41

42 42

43 43

44 Chromatogramme de l échantillon n 2 (sucette jaune) 44

45 45

46 46

47 Chromatogramme de l échantillon n 3 (sucette rouge) 47

48 48

49 49

50 Chromatogramme de l échantillon n 4 (sucette multicolore) 50

51 51

52 52

53 Chromatogramme de l échantillon n 5 (sirop menthe) 53

54 54

55 55

56 Chromatogramme de l échantillon n 6 (sirop grenadine) 56

57 57

58 58