Dégradation par oxydation

14.1.3 Contrôle de la stabilité microbiologique

Pour de nombreux produits (cosmétiques, alimentaires, etc.), la législation impose

l’inscription d’une durée d’utilisation après ouverture. Il est donc impératif de contrôler la stabilité microbiologique du produit formulé, qui est liée à l’efficacité du mélange de conservateurs employé. Pour cela, on procède à un test de « contamination artificielle » ou challenge test.

Le challenge test consiste à introduire dans le produit fini, en présence du mélange de conservateurs, un nombre de germes bien défini (106 7 ou 10) et à incuber le tout à 37˚C pour les bactéries, à 28˚C pour les champignons. On procède ensuite à un dénombrement des germes 2 jours, 7 jours, 14 jours et 28 jours après le début de l’incubation. Le conservateur est efficace si :

• pour les bactéries, on observe une diminution de 2 ordres de grandeur à 2 jours et

de 3 ordres de grandeur à 7 jours (104 7 au lieu de 10) ;

• pour les champignons, on observe une diminution de 2 ordres de grandeur à 14

jours.

• dans les deux cas, on ne constate pas d’augmentation ultérieure (à 28 jours).

Les germes utilisés sont : Staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa, candida albicans, aspergillus niger.

 

14.2 Dégradation par oxydation

14.2.1 Le rancissement

Le rancissement des produits formulés au cours du temps correspond à une réaction

d’oxydation. Celle-ci peut être due à des facteurs externes (dioxygène atmosphérique, lumière, chaleur) ou internes (enzymes, métaux, lipides, etc.). Le rancissement entraîne une modification des qualités organoleptiques (odeur, couleur, texture) et éventuellement un risque pour l’organisme.

Les produits les plus touchés sont ceux contenant des matières premières à chaînes aliphatiques insaturées telles que les huiles, beurres ou cires naturelles. Leur oxydation, également appelée peroxydation lipidique, peut se faire suivant deux mécanismes qui sont détaillés ci-après.

Auto-oxydation

La lumière est un facteur accélérateur du rancissement mais n’est pas un élément

nécessaire et suffisant pour déclencher des phénomènes d’oxydation. Le cas de l’oxy-dation en l’absence de lumière (dans le conditionnement par exemple) sera appelé auto-oxydation. Cette réaction peut être accélérée par chauffage, et catalysée par les ions métalliques ou les radicaux libres. Les produits formés sont des hydroperoxydes : ils sont dits produits primaires d’oxydation (on parle de peroxydation lipidique). Relativement instables, ils peuvent évoluer en produits secondaires volatils (aldéhydes, alcools, cétones, hydrocarbures, acides, esters), dont plusieurs sont responsables de mauvaises odeurs (odeurs de rance) et non volatils (oxy-monomères/-dimères, époxydes, éther-oxydes).

 

R La température est un facteur très influent concernant la dégradation des hydrope-

roxydes en produits d’oxydation secondaires.

14.2 Dégradation par oxydation 207

Photo-oxydation

Cette réaction, étudiée dans le chapitre 9 « Formuler pour protéger », peut également avoir lieu dans le conditionnement si celui-ci est transparent. Elle est catalysée par la température, la lumière ainsi que par les métaux de transition. Des hydroperoxydes sont également formés, différents de ceux formés par auto-oxydation. Pour les produits sensibles, cette réaction peut être évitée en utilisant des conditionnements opaques stockés dans des endroits à température contrôlée.

 

14.2.2 Contrôle des matières premières

Plusieurs tests de routine pour les laboratoires de contrôle qualité permettent de vérifier l’état des matières premières grasses sensibles à l’oxydation. Les mesures réalisées permettent de vérifier que la qualité de la matière première répond aux conformités du fournisseur, mais également de vérifier la stabilité dans le temps en fonction des conditions de stockage. Ces données permettent de prévoir si un corps gras est plus ou moins sensible aux phénomènes oxydatifs avant et après formulation et d’adapter ainsi le mode de protection.

Indice d’iode (II)

Il correspond à la masse de diiode (en g) qui peut réagir avec les insaturations de 100 g de corps gras. Il permet donc de quantifier ces insaturations. Ainsi, une diminution de l’indice d’iode dans le temps sur un échantillon donné signifie une diminution du nombre d’insaturations et indique donc que le produit est oxydé.

Indice d’acide (IA)

Il correspond à la masse d’hydroxyde de potassium (en mg) nécessaire pour neutraliser les acides gras libres présents dans 1g de corps gras. Cette mesure, qui donne la teneur en acides gras libres, rend ainsi compte de l’état de dégradation avancé d’une huile dans la mesure où les acides gras libres sont des produits de dégradation. Elle peut être réalisée par titrage colorimétrique ou potentiométrique.

Indice de peroxyde (IP)

Il est défini par la masse équivalente d’oxgène actif (en µg) contenu dans un gramme de produit capable d’oxyder l’iodure de potassium avec libération de diiode. Cette valeur donne une indication sur l’état d’oxydation de l’huile et permet d’anticiper une détérioration ultérieure de la qualité organoleptique de l’huile. Ainsi, un indice de peroxyde peu élevé sur une huile ne présentant pas d’odeur rance montre que l’état de dégradation est peu avancé. Par contre, un IP relativement faible sur une huile présentant une odeur rance définit un état de dégradation élevé car signifie que les peroxydes ont commencé à se dégrader en produits secondaires d’oxydation.

 

14.2.3 Antioxydants

L’oxydation des matières premières d’un produit formulé pouvant être générée selon différents mécanismes, les antioxydants peuvent avoir des modes d’action variés. Leur efficacité dans les systèmes lipidiques dépend de trois paramètres :

• Leur solubilité. Les antioxydants doivent être liposolubles afin de pouvoir réagir

avec les radicaux libres issus de l’oxydation des huiles.

208 Chapitre 14. Allonger la durée de vie d’un produit

• Leur volatilité. Ils ne doivent pas être trop volatils au risque d’être perdus lors du

processus de fabrication du produit fini.

• Leur stabilité. Ils doivent être stables aux températures mises en œuvre lors de

la production. Il est nécessaire que les antioxydants soient ajoutés avant que les réactions d’oxydation n’interviennent car, s’ils préviennent ce phénomène, ils n’ont aucune action sur les produits de l’oxydation.

 

R Il faut néanmoins noter que bien d’autres facteurs interviennent dans le choix

d’un antioxydant : sa capacité à être antioxygène persistant, c’est-à-dire que sa capacité antioxydante perdure pendant une durée minimale déterminée (ex : durée de conservation du produit formulé) ; sa sensibilité au pH ; son influence sur une éventuelle décoloration du produit ; la production d’odeurs désagréables ou d’arrière-goûts ; sa multifonctionnalité ; sa disponibilité et son coût.

 

Dérivés phénoliques

Les antioxydants les plus employés sont des dérivés du phénol : butylhydroxytoluène

(BHT) ; butylhydroxyanisole (BHA) ; butylhydroquinone tertiaire (TBHQ) ; gallate de propyle ; gallate de dodécyle ; gallate d’octyle (hydrosoluble, contrairement aux précédents

qui sont liposolubles). Leurs structures sont représentées figure 14.7.

 

Figure 14.7 – Quelques antioxydants phénoliques couramment employés

 

Les antioxydants phénoliques agissent comme réducteurs et comme capteurs de

radicaux libres. Il réduisent les radicaux issus de l’oxydation des corps gras en leur cédant un atome d’hydrogène ; ils sont alors transformés en radicaux stables, non réactifs, en raison de leur encombrement stérique et de la stabilisation par résonance (voir figure

14.8).

14.2 Dégradation par oxydation 209

 

Figure 14.8 – Stabilisation par résonance des radicaux phénoliques

 

Antioxydants naturels

 

Figure 14.9 – Antioxydants naturels

 

Le BHA et le BHT sont de plus en plus écartés des formules en raison de leur toxicité supposée. Le BHA est classé parmi les cancérogènes possibles, et le BHT parmi les composés dont l’innocuité n’a pas pu être démontrée. C’est pourquoi ces composés (et plus généralement les antioxydants phénoliques) sont aujourd’hui bien souvent remplacés par des antioxydants naturels. Parmi eux, le plus courant est l’α-tocophérol (voir chapitre 9 « formuler pour protéger »), également appelé vitamine E. Sont également utilisés l’acide ascorbique ou vitamine C, l’acide sorbique, ou encore le γ-oryzanol (issu de l’huile

de riz). Les structures d’antioxydants naturels sont indiquées figure 14.9.

La vitamine E agit en neutralisant les radicaux libres, et peut également réagir direc-tement avec le dioxygène. Par ailleurs, la vitamine C est souvent ajoutée en complément à la vitamine E dans les produits cosmétiques car elle permet de régénérer la vitamine E après que celle-ci a été consommée par la réaction avec les radicaux libres.

Capteurs de radicaux libres et absorbants UV

Déjà rencontrés dans le chapitre sur la protection des supports, ces additifs peuvent également être employés comme conservateurs, puisqu’ils inhibent la réaction de photo-oxydation.

210 Chapitre 14. Allonger la durée de vie d’un produit

Agents chélatants

Nous avons vu que la peroxydation lipidique peut être catalysée par des ions métal-

liques, tels que les ions cuivre (II) ou les ions fer (II) présents dans certains produits formulés. Les agents chélatants ou séquestrants sont des molécules capables de complexer et d’inactiver ces métaux de transition. Parmi eux, les plus employés sont les espèces dérivées de l’EDTA (acide éthylène diamine tétra acétique, le calcium disodium EDTA), l’acide citrique, l’acide phytique ou le sodium gluconate. À noter que les deux derniers, d’origine naturelle, sont de plus en plus utilisés en remplacement de l’EDTA.

 

Figure 14.10 – L’EDTA et son utilisation comme chélatant (complexation d’un ion métallique)

 

14.2.4 Contrôle de l’efficacité des antioxydants

 

Figure 14.11 – Principe du test au DPPH

14.2 Dégradation par oxydation 211

Il existe de nombreuses méthodes d’évaluation de l’activité antioxydante d’un produit. Cependant, les antioxydants étant de nature variable, et les mécanismes d’oxydation étant très complexes, il est impossible de comparer les méthodes entre elles et d’établir une standardisation. La combinaison de différents résultats permet d’avoir une indication relativement précise de la capacité antioxydante d’un produit.

Lors d’un test au DPPH par exemple, l’échantillon à tester est mis en présence d’un radical libre, le 2,2-diphényl-1-picrylhydrazyl (DPPH), dont la couleur bleue-violette est caractéristique. Les antioxydants présents dans l’échantillon le réduisent, ce qui entraîne une décoloration facilement mesurable par spectrophotométrie à 517 nm (voir

figure 14.11). L’efficacité des antioxydants est alors exprimée en CI50, la concentration nécessaire pour réduire le DPPH de 50%.

Il est fréquent, lorsqu’on exprime l’efficacité d’un antioxydant, d’utiliser un antioxy-dant de référence, comme par exemple le Trolox (analogue hydrosoluble de la vitamine E). Dans la méthode TEAC (Trolox equivalent antioxydant capacity) l’activité antioxydante d’une molécule est déduite de sa capacité à inhiber le radical ABTS (sel d’ammonium de l’acide 2,2’-azinobis-(3-éthyylbenzothiazoline-6-sulfonique)). La capacité antioxydante en équivalent Trolox correspond à la concentration (mmol/L ou mg/L) de Trolox ayant la même activité qu’une concentration unitaire (1 mmol/L ou 1 mg/L) de substance à tester.