Adultération, origine géographique et provenance : à quoi servent les isotopes stables ?
Découvrez les méthodes et les protocoles analytiques de CIRAM utilisés pour répondre à ces problématiques industrielles avec les EA-IRMS de Elementar France.
Les méthodes de caractérisation des matières premières et des produits agroalimentaires se sont diversifiées depuis plus d’une dizaine d’années dans l’industrie grâce à de nouvelles techniques physico-chimiques.
Dans cet article, nous détaillerons l’utilisation des rapports isotopiques du carbone, de l’azote, de l’oxygène et de l’hydrogène (δ13C, δ15N, δ18O et δ2D). Grâce aux analyses par EA-IRMS, analyse élémentaire couplée à la spectrométrie de masse de rapport isotopique, nous pouvons par exemple définir une provenance, détecter une adultération ou identifier la matière d’origine pour fabriquer un biocarburant par exemple.
Nos équipes de scientifiques proposent une étude complète et comparative à partir d’une base de données interne et de publications scientifiques.
La spectrométrie de masse à rapport isotopique, une technique indispensable
La technique utilisée est la spectrométrie de masse à rapport isotopique (IRMS). Elle mesure les rapports entre les isotopes stables 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O et 2H/1H. Les valeurs sont comparées à des « points zéro » reconnus internationalement avec :
- La Belemnite de Peedee normalisée de Vienne (VPDB) pour le carbone,
- L’azote atmosphérique (Air) pour l’azote,
- L’eau océanique moyenne normalisée de Vienne (VSMOW) pour l’hydrogène et l’oxygène.
Des rapports isotopiques différents en fonction des plantes
Les rapports isotopiques CHON sont différents d’une plante à l’autre. Ceci procède des différents types de photosynthèse. Par exemple, les plantes en C3 comme les arbres ligneux, le riz, le coton ou encore le blé possèdent un δ13C inférieur à -20 ‰. Quand les plantes en C4 comme l’herbe, le maïs ou encore la canne à sucre ont un δ13C compris entre -10 et -20%.
Détecter les adultérations grâce à l’analyse du rapport isotopique
L’analyse du rapport isotopique du carbone permettra ainsi de détecter une adultération du miel par du sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS). Comme le maïs est une plante en C4, il y a un d13C entre -20 et -10‰. Ainsi, on identifiera une adultération d’un miel si son d13C est supérieur à -21,5‰. Alors qu’un miel authentique aura un δ13C inférieur à -23,5 ‰. Il en sera de même pour le jus de pommes par exemple. Un δ13C supérieur à -20‰ correspondra à une adultération avec du HFCS. L’ajout d’eau dans un jus de fruits ou du vin pourra être identifié par un d18O qui deviendra négatif par rapport aux produits purs.
Par contre, l’analyse du δ13C seul ne permet pas d’identifier une adultération d’un jus d’orange par du jus de betterave, car l’orange et la betterave sont deux plantes en C3. C’est l’étude du δ2D qui permettra de vérifier cela. En effet, le δ2D de l’orange est entre -43 et -13‰, quand celui de la betterave est entre -178 et -108‰. Un jus d’orange adultéré aura donc une δ2D inférieure à -45 ou -50‰.
Les isotopes stables de l’oxygène pour déterminer l’origine géographique d’un produit
Les isotopes stables de l’oxygène pourront être utilisés pour déterminer l’origine du café par exemple. Le δ18O du café d’Afrique se situe entre 29 et 31‰, quand celui du café d’Amérique du Sud est entre 21 et 27‰. Par ailleurs, on a pu différencier de l’éthanol italien, de l’éthanol égyptien ou de l’éthanol sud-américain, en couplant l’analyse isotopique du carbone et de l’hydrogène.
Enfin, la valeur du δ13C de la vanille naturelle située entre -20 et -10‰ est très différente de celle de la vanille de synthèse, située entre-30 et -25‰.
Du matériel à la pointe de la technologique pour l’analyse isotopique
Le laboratoire d’isotopie stable de CIRAM utilise un analyseur élémentaire (EA) vario ISOTOPE select de @Elementar France. La gamme de pesage est de 20 µg à 300 mg. La précision des mesures est de 0,1% (1s) pour le carbone et de 0,18‰ (1s) pour l’azote.
L’analyse des isotopes stables est une mine d’or pour définir la provenance géographique ou détecter une adultération. Mais il est important de rappeler qu’il ne s’agit que d’une technique qualitative. Seul le carbone 14 permettra de quantifier l’ampleur d’une adultération avec des produits de synthèse.
CIRAM, laboratoire d’analyse et de datation depuis 2005, accompagne tous ses résultats d’un rapport complet et documenté. Nos équipes de chercheurs restent à votre écoute.