Contribution des méthodes spectroscopiques et isotopiques à la caractérisation géographique et phénotypique du cacao

Contribution of spectroscopic and isotopic methods to the geographic and phenotypic characterization of cocoa

• Auteur / Autrice : Gbe Gondo Didier Diomande
• Direction : Richard J. Robins, Laurence Dujourdy, Serge Akoka
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Chimie analytique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Serge Akoka
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard J. Robins, Laurence Dujourdy, Serge Akoka, Isabelle Billault, François Mesnard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Billault, François Mesnard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycérine

Théobromine

Cacaoyer

Mots clés libres

Fractionnement isotopique

Teneur multi-isotopique

RMN isotopique du carbone-13

Smri

Résumé

Le cacaoyer (Theobroma cacao L. ) est une plante de la famille des Sterculiacées. Le fruit, appelé cabosse contient des fèves utilisées dans la fabrication du chocolat. Le commerce des produits alimentaires frauduleux pousse les consommateurs de plus en plus soupçonneux de la qualité sanitaire, mais aussi des origines et de la production (bio, OGM…). Face à ce problème la nouvelle règlementation européenne 178/2002, effective au 1 janvier 2005, impose l’exigence de traçabilité pour l’aliment. Cette thèse se situe dans ce contexte. L’analyse de la teneur multi-isotopique (15N, 13C) par spectrométrie de masse isotopique (SMRI) de 61 échantillons de cacao issus de 22 pays, dont 37 échantillons de la Côte d’Ivoire a été faite. Le traitement statistique des résultats a permis de montrer que les paramètres isotopiques δ15N et δ13C de la fève cacao, et celles des différentes matrices de la fève, sont à l’origine de la discrimination observée au sein des échantillons de cacao issus des continents, de trois villes de la Côte d’Ivoire ainsi que des variétés Forastero et Trinitario. La fermentation du cacao est le processus qui influence le plus la qualité de la fève. L’étude de l’effet de la fermentation par l’analyse de la composition isotopique δ15N et δ13C a mis en évidence soit un enrichissement ou un appauvrissement de la fève et ces différentes parties excepté la théobromine qui ne subit pas de fractionnement isotopique. De ce fait, la molécule de théobromine a été utilisée en RMN quantitative isotopique du carbone-13 comme molécule sonde pour la caractérisation géographique du cacao. Un développement méthodologique a été réalisé pour permettre la mesure intramoléculaire du 13C de la théobromine, par sa transformation en caféine de précision adéquate. De nouveaux paramètres ont été obtenus qui ont permis de confirmer la distinction de l’origine géographique du cacao, mais aussi des produits contenants de la caféine (thé et café). De manière exploratoire, l’analyse de la teneur isotopique (18O) de la théobromine a également été réalisée par SMRI dans le même objectif. Enfin, le beurre de cacao qui est l’une des matrices importantes de la fève a également été analysé dans le cadre de la méthodologie « métabolomique » par RMN 13C, en ciblant plus particulièrement le glycérol.

The cocoa tree (Theobroma cacao L. ) is a plant of the family Sterculiaceae. The fruit, called the pod, contains beans that are used in the manufacture of chocolate. Fraudulent production practices are making consumers increasingly suspicious both of the sanitary quality of foodstuffs and of the origin of production (organic, GM, etc. ). Faced with this problem, the new European legal ruling 178/2002, effective since 1 January 2005, imposes traceability for foodstuffs. This thesis is positioned within this context. The analysis of the multi-isotope content (15N, 13C) of 61 samples of cocoa obtained from 22 countries, of which 37 samples are from the Ivory Coast, has been carried out. By statistical analysis of the data, it is shown that the isotopic parameters δ15N and δ13C for the whole cocoa beans, and those from different parts of the bean, are responsible for the discrimination found between samples from different continents, from three villages in the Ivory Coast, and between the varieties Forastero and Trinitario. Fermentation of cocoa is the process that most influences the quality of the beans. A study of the influence of fermentation on the isotopic composition in δ15N and δ13C showed either enrichment or impoverishment for the bean and for different parts of the bean, with the exception of theobromine, for which no isotopic fractionation was found. As a result, theobromine was used in isotopic quantitative 13C NMR as molecular probe for the characterization of the geographical origin of cocoa. A methodology has been developed which allows the measurement of the intramolecular 13C distribution in theobromine with sufficient accuracy, subsequent to its transformation into caffeine. New parameters were obtained which not only allowed confirmation of the distinct geographical origins of different cocoa samples, but also to differentiate cocoa from products containing caffeine (tea and coffee). An exploratory study was also carried out measuring the 18O content of theobromine by irm-MS, with the same objective in mind. Finally, cocoa butter, which is one of the most important matrices in the beans, was analyzed by 13C NMR in the framework of the methodology “metabolomics”, notably targeting the glycerol.