par Kristin Hals et Sofia Helena Lindahl, Département de recherche et de développement, Borregaard AS
L'éthoxyquine a, depuis des décennies, largement utilisé comme antioxydant dans le secteur de l'alimentation animale, principalement dans l'industrie maritime.
Cet antioxydant inhibe l'oxydation des acides gras hautement insaturés dans la farine de poisson et l'ensilage de poisson. L'éthoxyquine a la propriété unique de pouvoir se dissoudre à la fois dans les phases aqueuse et huileuse, en fonction du pH. Cependant, il y a des inquiétudes liées à l'utilisation de cet antioxydant (voir la figure 1). En juin 2017, la Commission européenne a suspendu l'autorisation de l'éthoxyquine pour toutes les espèces et catégories animales. D'où, il faut trouver une solution alternative.
Un nouveau produit alternatif contenant le gallate de propyle antioxydant a été développé par Borregaard. Ce produit est optimisé pour assurer une haute qualité, ainsi que des performances stables du produit. La nouvelle combinaison de gallate de propyle, l'acide lignosulfonique et l'acide formique constituent une alternative viable pour le marché.
introduction
En juin 2017, la Commission européenne a suspendu l'autorisation de l'éthoxyquine (voir figure 1) pour toutes les espèces et catégories animales [1]. L'éthoxyquine est l'antioxydant de choix depuis des décennies, surtout dans l'industrie de la pêche, afin d'éviter le rancissement des graisses et des huiles pendant le traitement et le stockage.
Borregaard a de nombreuses années d'expérience dans l'évaluation de l'efficacité des antioxydants. Il existe plusieurs méthodes différentes disponibles sur le marché pour tester la capacité antioxydante [2-5] et le dosage DPPH [6] est une méthode couramment utilisée. A Borregaard, un DPPH développé en interne (2, La méthode basée sur le 2-diphényl-1-picrylhydrazyl) - la méthode BAU* - est utilisée, qui sera décrit plus loin dans ce texte.
*Unité antioxydante Borregaard
Ensilage de poisson
L'ensilage de poisson contient du poisson, ou des morceaux de poisson, associé à un additif pour stabiliser l'ensilage pendant le stockage. Des acides organiques de différents types sont généralement utilisés comme additifs pour l'ensilage. Dans les bonnes conditions, température comprise entre 5 et 40 °C et à pH compris entre 3,5 et 4,5, la masse de poisson commencera à se décomposer.
Dans ce processus, appelé autolyse, les enzymes décomposent les muscles, et une masse liquide est formée, ce qui est souhaitable compte tenu de sa facilité de manipulation grâce à des pompes, tuyauterie, etc. (Voir Figure 2). Les lipides marins contiennent des niveaux élevés d'acides gras polyinsaturés à longue chaîne (PUFA). Les AGPI sont facilement oxydés par l'oxygène, ce qui entraîne le rancissement des graisses et des huiles et par conséquent une diminution de la qualité du produit. La farine et l'huile de poisson contiennent des concentrations relativement élevées d'AGPI et sont donc particulièrement sujettes à l'oxydation.
Pour éviter l'oxydation des AGPI dans la farine et l'huile de poisson, l'industrie utilise actuellement des antioxydants synthétiques comme :l'éthoxyquine (E324), BHA (butylhydroxyanisole, E-320) et BHT (hydroxy toluène butylé, E321). En outre, des antioxydants naturels comme les tocophérols sont également utilisés.
Criblage des antioxydants
La liste des antioxydants approuvés dans les aliments pour animaux est limitée. Dans cette étude, plusieurs antioxydants, à la fois synthétique et naturel, ont été évalués. La capacité antioxydante a été testée en utilisant la méthode BAU.
La méthode BAU est une méthode basée sur la spectrophotométrie, en utilisant le radical libre stable DPPH, comparer la capacité antioxydante des lignosulfonates et des antioxydants. Le changement d'absorbance d'une solution contenant du DPPH et des composés d'intérêt est mesuré.
Le DPPH n'ayant pas réagi est violet, mais après réaction, c'est-à-dire le transfert de radicaux libres vers, par exemple, un antioxydant, la solution change de couleur en jaune. Le moins d'antioxydant nécessaire pour éteindre le radical DPPH, le plus fort est l'antioxydant.
Dès la projection, BHA, le gallate de propyle et l'acide ascorbique ont montré les capacités antioxydantes les plus élevées. Sur la base d'études supplémentaires de stabilité et de solubilité, le gallate de propyle (voir la figure 3) a été choisi pour des tests supplémentaires.
Lignosulfonates et capacités antioxydantes
La lignine est un polymère naturel. Le mot 'lignine' est dérivé du mot latin 'lignum', signifiant bois. La lignine est l'élément liant du bois et joue un rôle important dans le transport de l'eau, métabolites et nutriments. Il agit comme un matériau incrustant et remplit de multiples fonctions essentielles à la vie de la plante.
La lignine confère de la rigidité aux parois cellulaires du bois et agit comme un liant entre les parois cellulaires, créant un matériau composite qui est exceptionnellement résistant à la compression et à la flexion. La lignine est l'un des polymères organiques les plus abondants sur terre, dépassé seulement par la cellulose.
Les lignosulfonates sont ramifiés, biopolymères hydrosolubles produits à partir de lignine. Les polymères naturels sont compris comme des polymères qui sont le résultat d'un processus de polymérisation qui a eu lieu dans la nature, indépendamment du procédé avec lequel ils ont été extraits. Les unités monomériques constituant le polymère naturel de la lignine peuvent être vues dans (Voir Figure 4).
Les produits à base de lignine servent d'additifs dans plusieurs applications industrielles et commerciales, et remplacent souvent les produits à base de pétrole comme solution renouvelable naturelle. S'appuyant sur des qualités intrinsèques, et encore amélioré par la modification chimique, nos produits à base de lignine offrent un ensemble unique et souhaitable de fonctions pour l'industrie chimique dans des domaines tels que :les adjuvants pour béton, dispersants pesticides, extenseurs de batterie, produits chimiques de forage de puits de pétrole, émulsions, céramique, liants routiers, contourner les protéines et les additifs alimentaires pour animaux.
La lignine est connue pour avoir des propriétés antioxydantes. Surtout, les lignosulfonates hydrosolubles ont montré un effet synergique en combinaison avec des antioxydants. Les polyphénols sont souvent utilisés comme antioxydants. En raison de la structure moléculaire phénolique des lignosulfonates, des associations à l'effet antioxydant peuvent être attribuées. Dans la littérature, l'effet antioxydant des lignosulfonates dans diverses applications a été rapporté.
Les lignosulfonates sont disponibles sous forme de sels d'acide lignosulfonique. La figure 5 donne une illustration de l'acide lignosulfonique. Les groupes phénoliques, et d'autres structures facilement oxydables dans l'acide lignosulfonique, peuvent agir comme des charognards et stabiliser les radicaux libres réactifs et potentiellement nocifs.
En 2008, Borregaard a déposé un brevet concernant l'utilisation de l'acide lignosulfonique comme agent sacrificiel pour les antioxydants. Le brevet décrit que les antioxydants testés étaient moins dégradés dans une solution d'acide organique si de l'acide lignosulfonique était présent, c'est à dire., l'acide lignosulfonique agit comme un antioxydant sacrificiel.
Stabilité du gallate de propyle dans les acides organiques
Une étude de stabilité du gallate de propyle dans l'acide formique (85%), et de l'acide formique (85 %) contenant 20 pour cent (p/p) d'acide lignosulfonique a été utilisé. L'éthoxyquine a été incluse comme référence.
Le niveau d'inclusion d'antioxydants dans les acides était de 0,35 pour cent (p/p). Des conteneurs de 25 litres étaient entreposés à l'extérieur pendant l'été et le début de l'automne. La stabilité des antioxydants a été testée régulièrement en mesurant le niveau des antioxydants dans les échantillons. Les mesures ont été effectuées en utilisant la chromatographie liquide à haute pression en combinaison avec la détection UV (HPLC-UV).
Les données de stabilité du gallate de propyle sont présentées sur la figure 6a. Les premières mesures ont montré une valeur restante de 58 pour cent du gallate de propyle ajouté dans l'acide formique. Dans la solution contenant de l'acide lignosulfonique, la valeur correspondante était de 90 pour cent (voir la figure 6a). Après 75 jours, les valeurs correspondantes étaient de 48 pour cent dans l'acide formique et de 63 pour cent dans la solution contenant de l'acide lignosulfonique.
Les résultats montrent clairement que l'ajout d'acide lignosulfonique à la solution stabilise et protège mieux le gallate de propyle que la solution contenant uniquement de l'acide formique. Sur la figure 6b, le même effet stabilisant de l'acide lignosulfonique est démontré pour l'éthoxyquine.
Mesure du degré de rancissement
Pour contrôler les performances du nouvel antioxydant dans l'ensilage de poisson, des tests de rancissement ont été effectués. La mesure de l'oxydation/du degré de rancissement implique la recherche de produits de dégradation primaires et secondaires. La méthode la plus courante consiste à mesurer l'indice de peroxyde (PV), c'est-à-dire la mesure des produits primaires d'oxydation (principalement des hydroperoxydes), et pour mesurer l'indice d'anisidine (AV), c'est-à-dire mesurer les produits d'oxydation secondaire.
L'étape secondaire de l'oxydation se produit lorsque les hydroperoxydes se décomposent pour former des carbonyles et d'autres composés comme des aldéhydes. Ce dernier donnera à l'huile une odeur rance et est mesuré par AV.
Il est, donc, important de mesurer à la fois PV et AV et d'évaluer les deux paramètres ensemble. Cela se fait généralement par le calcul de la valeur d'oxydation totale, TOTOX, qui donne une image globale de la qualité de l'huile; TOTOX =PV*2 + AV.
Essai d'ensilage de poisson à l'échelle du laboratoire
Des mélanges de gallate de propyle et d'acide lignosulfonique ont été utilisés pour préparer l'ensilage de poisson. Le saumon a été haché et haché dans un robot culinaire en laboratoire. Différentes solutions acides ont été préparées contenant :
- 0,35 pour cent de gallate de propyle dans l'acide formique 85 pour cent + acide lignosulfonique
- 0,70% gallate de propyle dans l'acide formique 85% + acide lignosulfonique
- 0,35 pour cent d'éthoxyquine dans l'acide formique 85 pour cent + acide lignosulfonique
Remarque :Les solutions contenaient surtout 80 % p/p d'acide formique, 85 % et ~ 20 % p/p d'acide lignosulfonique.
Le poisson haché a été mélangé avec les différentes solutions acides et stocké dans des récipients de deux litres dans un bain-marie à 23°C. Les solutions acides ont été ajoutées au poisson haché pour atteindre le pH souhaité de 3,5 à 3,6. Des échantillons parallèles ont été réalisés.
Des échantillons d'huile extraite du poisson haché ont été collectés à différents intervalles de temps sur 11 semaines. Les échantillons d'huile ont été analysés pour les produits de rancissement, exprimés en valeurs de peroxyde et d'anisidine. L'acidité de l'ensilage de poisson a été contrôlée pour garantir un pH <4.
Stabilité de l'ensilage de poisson
Les valeurs TOTOX sont illustrées à la figure 7. Chaque valeur TOTOX est calculée à partir des valeurs PV et AV mesurées dans les échantillons. Au bout de six semaines, l'ensilage stabilisé au gallate de propyle et à l'acide lignosulfonique ayant le même taux de TOTOX que l'ensilage stabilisé à l'éthoxyquine.
Cependant, après 11 semaines, l'ensilage stabilisé au gallate de propyle et à l'acide lignosulfonique a des valeurs de TOTOX inférieures à l'ensilage contenant de l'éthoxyquine. Il n'y avait pas de différences significatives entre les deux dosages de gallate de propyle testés.
Conclusion
En combinant les données des essais de stockage et de stabilité du poisson, il est clair que le gallate de propyle peut remplacer l'éthoxyquine en tant qu'antioxydant dans les additifs d'ensilage.
Borregaard a développé un nouvel additif d'ensilage contenant de l'acide formique/acide lignosulfonique et du gallate de propyle pour l'industrie des sous-produits du poisson. Ce produit offre les avantages suivants :
- Solution sans éthoxyquine
- Réduction de la dégradation de l'antioxydant
- Durée de conservation plus longue de l'additif d'ensilage
- Ensilage de poisson stable et de haute qualité
Reconnaissance
Les travaux décrits ont été financés par l'entreprise commune BioBased Industries dans le cadre des programmes de financement de la recherche et de l'innovation de l'Union européenne Horizon 2020 dans le cadre du projet BioForEver (produits BIObased de FORestry via des routes européennes économiquement viables, convention de subvention n° 720710).
