Quantification et remédiation du furane et de ses dérivés dans les aliments infantiles

Quantification and mitigation of furan and its derivatives in infants foods

• Auteur / Autrice : Donnelle Roline Sandjong sayon
• Direction : Erwan Engel, Maia Meurillon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'agriculture, de l'alimentation et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : QuaPA - Qualité des Produits Animaux
• Jury : Président / Présidente : Pascale Besse-hoggan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Erwan Engel, Marie-Louise Scippo, Eric Marchioni, Thierry Guerin, Claire Bourlieu-lacanal, Maia Meurillon, Jérémy Ratel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Louise Scippo, Eric Marchioni

Mots clés

Mots clés libres

Quantification

Remédiation

Furane

Dérives du furane

Aliments infantiles

GC-Q Exactive Orbitrap-MS

Quantification

Mitigation

Furan

Furan derivatives

Infant food

GC-Q Exactive Orbitrap-MS

Résumé

Le furane est un composé néoformé classé cancérogène possible pour l'homme. Sa présence dans les aliments infantiles ainsi que celle de deux de ses dérivés, le 2-méthylfurane (2-MF) et le 3-méthylfurane (3-MF), représentent un risque pour la santé des enfants de moins de 3 ans. Cette thèse, entreprise dans le cadre du projet H2020 SAFFI (SAFe Food for Infants in the EU and China), répond aux demandes des instances de sécurité sanitaire et des industriels. Elle avait trois objectifs principaux : fournir une méthode robuste et fiable pour quantifier le furane, le 2-MF et le 3-MF dans les aliments infantiles ; explorer les autres dérivés du furane susceptibles d'y être retrouvés ; et proposer des pistes efficaces pour limiter leur formation ou les éliminer dans les principaux aliments à risque. Le premier objectif de ce travail de thèse était de pallier l'absence de méthode fiable et robuste pour quantifier le furane, le 2-MF et le 3-MF dans les aliments infantiles. Deux méthodes couplant la micro-extraction en phase solide (SPME) ou l'extraction par espace de tête statique (SHS) à une analyse séparative par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse haute résolution (Q Exactive Orbitrap MS) ont été évaluées par l'approche du profil d'exactitude sur deux aliments infantiles, la purée de fruits et le lait infantile en poudre. Si les deux options ont été validées, le couplage SHS et GC-Q Exactive Orbitrap MS s'est révélé plus performant pour la quantification des composés furaniques ciblés. Le deuxième objectif était d'explorer les autres dérivés du furane. En s'appuyant sur les potentialités de la GC-Q Exactive Orbitrap MS couplée avec la HS-SPME ou la SHS en matière d'analyse non ciblée, respectivement 13 et 8 dérivés furaniques complémentaires ont été révélés par « suspect screening » dont 5 n'avaient jamais été mis en évidence jusqu'à présent dans les aliments infantiles. Le troisième objectif était d'évaluer le potentiel remédiant des pratiques de préparation domestique des aliments infantiles en considérant le cas des petits pots à base de légumes identifiés comme des contributeurs majoritaires à l'exposition au furane, au 2-MF et au 3-MF des enfants de moins de trois ans en phase de diversification alimentaire. En s'appuyant sur la méthode SHS-GC-Q Exactive Orbitrap MS et sur un protocole mimant les pratiques domestiques de réchauffage, d'attente post-réchauffage et de remuage post-réchauffage, le remuage s'est révélé le plus efficace permettant de réduire jusqu'à 66, 60 et 58% respectivement les teneurs en furane, 2-MF et 3-MF des petits pots à base de légumes. Néanmoins, cette remédiation s'est révélée insuffisante pour que le risque lié au furane et à ses dérivés soit écarté et des solutions domestiques ou industrielles complémentaires sont proposées. Le quatrième objectif était d'évaluer l'impact de la formulation et des conditions de stockage domestiques sur la génération du furane et de ses dérivés dans les laits infantiles en poudre identifiés comme contributeurs majeurs de l'exposition au furane pour les enfants de moins de 6 mois. Les 6 formulations testées (avec des variations de teneur en acides gras polyinsaturés, fer, et vitamines C et E) et les 4 conditions de stockage (2 températures, 2 niveaux d'exposition à l'oxygène) semblent influencer la formation des composés furaniques. Cependant, les risques liés à la présence de furane et de ses dérivés dans les poudres de laits infantiles peuvent être écartés, même dans les pires conditions de formulation et de stockage La corrélation entre des marqueurs d'oxydation des AGPI et composés furaniques découverts par suspect screening ouvre la voie à un suivi indirect de la néoformation du furane et de ses dérivés. Les résultats obtenus durant ce travail devraient améliorer la surveillance et l'évaluation du risque et aider à l'établissement de recommandations pour limiter l'exposition des enfants.

Furan is a process-induced toxicant classified as a possible human carcinogen. Its presence in infant foods as well as that of two of its derivatives, 2-methylfuran (2-MF) and 3-methylfuran (3-MF), represent a health risk for children under three years of age. Responding to requests from food safety authorities and infant food manufacturers, this PhD thesis undertaken within the framework of the H2020 SAFFI project (SAFe Food for Infants in the EU and China) had the triple ambition of providing a robust and reliable method for quantifying furan, 2-MF and 3-MF in infant foods, exploring other furan derivatives likely to be present there and proposing effective ways for limiting their generation or mitigating them in the main products at risk. The first objective of this PhD thesis work was to overcome the lack of a reliable and robust method for quantifying furan, 2-MF and 3-MF in infant foods. Two methods coupling headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) or static headspace extraction (SHS) with gas chromatography-high-resolution mass spectrometry (Q Exactive Orbitrap MS) were assessed by the accuracy profile approach on two infant products, fruit purée and powdered infant milk. While both options were validated, the SHS and GC-Q Exactive Orbitrap MS coupling proved to be more efficient for the quantification of targeted furan compounds in infant foods. The second objective was to explore other furan derivatives in infant foods. Based on the potential of GC-Q Exactive Orbitrap MS coupled with HS-SPME or SHS for non-targeted analysis, respectively, 13 and 8 complementary furan derivatives were revealed by suspect screening, 5 of which had never been identified so far in infant foods. The third objective was to assess the mitigation potential of home preparation practices, considering the case of vegetable-based infant meals identified as major contributors to furan, 2-MF and 3-MF exposure in children under three years of age during the dietary diversification phase. Using the SHS-GC-Q Exactive Orbitrap MS method and a protocol mimicking home practices of reheating, standing after reheating and stirring after reheating, stirring was found to be the most effective in reducing furan, 2-MF and 3-MF levels in vegetable-based infant meals by up to 66, 60 and 58%, respectively. However, post-reheating stirring was not sufficient to eliminate the risk associated with furan and its derivatives, and complementary home or industrial solutions are proposed. The fourth objective was to assess the impact of formulation and domestic storage conditions on the generation of furan and its derivatives in powdered infant formulae, identified as major contributors to furan exposure for children under 6 months of age. Although the 6 formulations (varying in their content in polyunsaturated fatty acids (PUFAs), iron, and vitamins C and E) and 4 storage conditions (2 temperatures, 2 levels of exposure to atmospheric oxygen) tested appeared to have an impact on the generation of furan compounds, the risks associated with the presence of furan and its derivatives in powdered infant formulae could be ruled out even for the “worst case” situations. The discovery of correlations between PUFA oxidation markers and furan compounds detected through suspect screening has opened the way to new methods for monitoring the formation of furan and its derivatives. Finally, the results obtained during this work should improve monitoring and risk assessment and make it possible to establish recommendations to limit children's exposure.