ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE, SANTE, AGRONOMIE, ENVIRONNEMENT
Dossier de demande d'allocation de recherche pour la rentrée 2012
Laboratoire d'accueil: UR 370 QuaPA
Directeur du laboratoire : Alain Kondjoyan, DR2
Directeur de thèse : Erwan ENGEL, CR1 HDR
Date d'obtention de l'HDR du Directeur de thèse : 19 Décembre 2007
Titre de la thèse : Diminution de la teneur en xénobiotiques dans les produits carnés cuits
Exposé du sujet proposé:
Les produits alimentaires d’origine animale peuvent contenir des substances organiques xénobiotiques qui,
même à l’état de trace, représentent une menace pour la santé humaine. Ces xénobiotiques peuvent être
des micropolluants environnementaux qui, du fait de leur caractère lipophile, sont rapidement transférés
dans les tissus de l’animal et à terme concentrés dans ses produits dérivés comme le lait ou la viande. Il
peut s’agir également de composés toxiques néoformés au cours des traitements thermiques imposés au
produit avant sa consommation. En parallèle des solutions préventives de gestion durable de
l’environnement limitant les sources d’émission des micropolluants environnementaux, la mise en œuvre de
stratégies curatives basées sur la conduite raisonnée des procédés de transformation offre des perspectives
prometteuses pour réduire les teneurs en xénobiotiques des produits carnés et laitiers.
L’objectif général de cette thèse sera d’étudier la modulation de la teneur d’un large éventail de
xénobiotiques organiques dans la viande par les procédés de cuisson. Les travaux seront ciblés 1/ sur
les principaux micropolluants environnementaux des produits carnés incluant des dioxines, des
polychlorobiphényles, des retardateurs de flamme bromés et des pesticides organochlorés et
organophosphorés, et 2/ sur les principaux composés toxiques néoformés au cours de la cuisson des
viandes incluant les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les amines hétérocycliques. Le suivi
quantitatif et simultané de ces composés de nature chimique très variée et souvent présents à l’état de trace
nécessite l’utilisation de méthodes analytiques couplant une haute résolution, une sensibilité élevée et une
forte sélectivité. La chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle systématique couplée à un
spectromètre de masse à temps de vol (CPG×CPG-SM/TOF) est certainement, à l’heure actuelle la
technique la plus prometteuse pour répondre à ce cahier des charges et mener à bien ces recherches.
Suite au séjour sabbatique d’un an du directeur de thèse dans le laboratoire référence du professeur
MARRIOTT (RMIT, Australie) et à la venue de deux post-doctorants étrangers spécialistes de cette
technique, l’UR370 QuaPA qui est la seule unité INRA à posséder un appareil de CPG×CPG-SM/TOF a
acquis une solide expertise de cette technique qui lui permet aujourd’hui de doser la quasi-totalité des
xénobiotiques d’intérêt dans les produits animaux. Le doctorant pourra également bénéficier de l’expertise
en génie des procédés acquise dans le cadre de projets ANR (LIPIVIMUS, REACTIAL) ou européen
(PROSAFEBEEF) et des moyens matériels uniques permettant notamment une cuisson sous atmosphère
peu oxydante (brevet «Procédé de cuisson sous atmosphère de dioxyde de carbone» déposé en 2011 par
l’équipe d’accueil).
Le travail de thèse sera articulé en deux parties :
La première partie sera dédiée à l’étude de la modulation par la cuisson des teneurs de la viande en
micropolluants environnementaux (15 mois). Elle aura pour objectif de déterminer l’incidence des
paramètres de cuisson sur la teneur des différentes familles de micropolluants quantifiés par CPG×CPGSM/TOF dans la viande cuite et son exsudat. Cette partie de la thèse viendrait en appui du projet ANR
SOMEAT (« Safe Organic MEAT ») dont le directeur de thèse est le porteur et qui sera réalisé avec
l’ANSES, TOXALIM, l’ONIRIS-LABERCA, Met@risk et des partenaires des instituts techniques des trois
principales filières, l’ITAVI (volaille), l’IFIP (porc) et l’Institut de l’élevage (bovin). Un des résultats attendus
est la différence de tolérance à la cuisson des différentes familles de micropolluants selon leur propriétés
physico-chimiques et notamment leur thermostabilité. Du fait de son large spectre de composés détectables,
la CPG×CPG-SM/TOF sera utilisée également pour rechercher les produits de dégradation des composés
les plus thermolabiles qui peuvent à leur tour être responsables d’un risque sanitaire. Le produit modèle
utilisé sera le steak haché qui permet un ajout homogène et reproductible du mélange des xénobiotiques
étudiés.
La seconde partie sera dédiée à l’étude de la modulation par la cuisson des teneurs de la viande en
composés néoformés (15 mois). Elle aura pour objectif de déterminer l’incidence des paramètres de cuisson
sur la teneur des composés néoformés mis en évidence puis quantifiés par CPG×CPG-SM/TOF dans la
viande cuite et son exsudat. Afin de confirmer les mécanismes de formation des composés néoformés, des
précurseurs seront ajoutés à la matrice modèle steak haché. Les échantillons étudiés seront des duplicats
de ceux analysés dans la première partie du travail de manière à pouvoir rechercher des conditions de
procédés permettant de diminuer les teneurs en micropolluants tout en limitant la néoformation des
composés toxiques ciblés.
Les 6 mois restants seront consacrés à la valorisation du travail et à la rédaction du manuscrit.
En proposant un éclairage sur l’incidence des conditions de cuisson sur les teneurs en xénobiotiques
organiques des produits carnés cuits, ce travail contribuera à améliorer la qualité sanitaire des produits
élaborés à base de viande cuite qui représentent une part sans cesse croissante du marché des produits
carnés. En bénéficiant de l’expertise, des moyens et des contacts capitalisés par l’UR370 QuaPA dans les
domaines de la chimie analytique et de la sécurité alimentaire, le doctorant devrait acquérir à l’issue de ces
trois ans de solides compétences pour mener ensuite des recherches relatives à la qualité de l’aliment ou de
l’environnement.
Liste des 8 meilleures publications du Directeur de thèse de 2007 à 2011
1- Lehallier B., Ratel J., Hanafi M., Engel E. Systematic ratio normalization of gas chromatography signals
for biological sample discrimination and biomarker discovery. Analytica Chimica Acta. 2012, In Press. IF:
4.31
2- Berge P., Ratel J., Fournier A., Jondreville C., Feidt C., Roudaut B., Le Bizec B., Engel E. Use of Volatile
Compound Metabolic Signatures in Poultry Liver to Back-Trace Dietary Exposure to Rapidly Metabolized
Xenobiotics. Environmental Science and Technology 2011, 45, 6584–6591. IF : 4.83
3- Sivadier, G., Ratel, J., Engel, E., 2010. Persistence of pasture feeding volatile biomarkers in lamb fats.
Food Chemistry, 118, 418-425. IF : 3.46
4- Ratel, J., and Engel, E., 2009. Determination of benzenic and halogenated volatile organic compounds in
animal-derived food products by one-dimensional and comprehensive two-dimensional gas chromatographymass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1216, 7889-7898. IF : 4.19
5- Ratel, J., Berge, P., Berdagué, J.L., Cardinal, M., Engel, E., 2008. Mass Spectrometry Based Sensor
Strategies for the Authentication of Oysters According to Geographical Origin. Journal of Agricultural and
Food Chemistry, 56, 321-327. IF : 2.82
6- Sivadier, G., Ratel, J., Bouvier, F., Engel, E., 2008. Authentication of Meat Products: Determination of
Animal Feeding by Parallel GC-MS Analysis of Three Adipose Tissues. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 56, 9803-9812. IF : 2.82
7- Engel, E., Ferlay, A., Cornu, A., Chilliard, Y., Agabriel, C., Bielicki, G., Martin, B., 2007. Relevance of
isotopic and molecular biomarkers for the authentication of milk according to production zone and type of
feeding of the cow. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, 9099-9108. IF : 4.19
8- Engel, E. and Ratel, J., 2007. Correction of the data generated by mass spectrometry analyses of
biological tissues: Application to food authentification. Journal of Chromatography A, 1154, 331-341. IF :
4.19
Liste des thèses dirigées ou co-dirigées par le Directeur de thèse de 2007 à 2011
1- Sivadier Guilhem, 2 Décembre 2008, thèse MENRT, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
(Directeur de thèse)
2- Vasta Valentina, 14 Février 2008, thèse financée par l’Université de Catane, Italie (Co-directeur de thèse)
Liste des publications issues de la thèse des étudiants mentionnés ci-dessus (encadrés par
Directeur et co-directeur éventuel)
1- Sivadier, G., Ratel, J., Engel, E., 2010. Persistence of pasture feeding volatile biomarkers in lamb fats.
Food Chemistry, 118, 418-425. IF : 3.46
2- Sivadier, G., Ratel, J., Engel, E., 2009. Latency and Persistence of Diet Volatile Biomarkers in Lamb Fats.
Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57, 645-652. IF : 2.82
3- Sivadier, G., Ratel, J., Bouvier, F., Engel, E., 2008. Authentication of Meat Products: Determination of
Animal Feeding by Parallel GC-MS Analysis of Three Adipose Tissues. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 56, 9803-9812. IF : 2.82
4- Vasta, V., Ratel, J., Engel, E., 2007. Mass spectrometry analysis of volatile compounds in raw meat for
the authentication of the feeding background of farm animals. Journal of Agricultural and Food Chemistry,
55, 4630-4639. IF : 2.82
Devenir des anciens étudiants mentionnés ci-dessus
Sivadier Guilhem, Post-doctorant dans le cadre d’un contrat ANR, Plateforme d’exploration du métabolisme,
UMR 1019 INRA / Université Clermont 1.
Vasta Valentina, Chercheuse contractuelle, University of Catania, Animal Production, Via Valdisavoia 5,
95123 Catania, Italy.
Au max 5 contrats obtenus pendant la période 2007-2011
- Projet européen SIGMA-CHAIN “Food Quality and Safety” (FP6-STREP n°518451) 2006-2009 :
“Developing a Stakeholders’ Guide on the vulnerability of food and feed chains to dangerous agents and
substances” – Responsable scientifique Français, dotation 175 k€.
- Projet ANR REACTIAL 2007-2010 : Prédiction et contrôle de l’apparition ou de la disparition de marqueurs
réactionnels au cours de la transformation et de la conservation des aliments – Partenaire, 60 k€.
- Action incitative INRA 2008-2010 : Intérêt de la chromatographie systématique à deux dimensions couplée
à la spectrométrie de masse à temps de vol (CPG×CPG-SM/TOF) pour la caractérisation de la fraction
volatile des produits animaux – Porteur du projet, 14 k€.
- Action Nouvelle Soutenue INRA 2011-2012 : Développements chimiométriques pour une recherche
systématique et automatique de biomarqueurs de la qualité sanitaire des aliments par CPG×CPG-SM/TOF –
Porteur du projet, 21 k €.
- Action Incitative Concertée INRA 2012-2014 : Recherche systématique de micro-constituants marqueurs
de la qualité sanitaire des aliments à partir de signaux 3D de type «omic» acquis par CPGxCPG-SM/TOF,
40 k€.
Observations
1- De juillet 2009 à juillet 2010, le directeur de thèse a réalisé un séjour sabbatique financé par l’INRA au
sein du laboratoire de chimie analytique du professeur Philip MARRIOTT (Royal Melbourne Institute of
Technology, Melbourne, Australie) qui est le leader mondial des techniques de chromatographie
multimensionnelle. Le stage portait sur la recherche de xénobiotiques dans des matrices complexes par
CPGxCPG-SM/TOF qui sera la technique analytique centrale de la thèse.
Pour capitaliser l’expertise acquise au cours de ce séjour, nous avons obtenu en septembre 2010 de l’INRA
et du CPER, deux post-doctorats d’un an pour développer la quantification de xénobiotiques dans les
produits carnés par CPGxCPG-SM/TOF. Nous avons pu ainsi préparer les bases méthodologiques du
travail de la thèse proposée en faisant venir des spécialistes de laboratoire étrangers (Australie, Japon).
Ce projet permettra également de faire fructifier les investissements matériels réalisés par la région au sein
de l’équipe d’accueil dans le cadre du volet «sécurité sanitaire des itinéraires technologiques» de l’axe
« Construction de la qualité des aliments et nutrition préventive » du projet « Territoire, Agriculture &
Alimentation en Auvergne » du CPER 2007-2013.
2- Cette demande de thèse a déjà été présentée l’année dernière et notre candidat Pierre GUIBAL avait
obtenu la bourse avant de finalement se désister le jour des résultats.
3- Le directeur de thèse est porteur d’un projet SOMEAT regroupant 14 partenaires chimistes, biochimistes,
toxicologues, expologues, économistes et chimiométriciens soumis à l’ANR dans le cadre de l’appel à
projets ALID 2012 (Financement demandé=1200 k€ dont 250 k€ de dotation pour l’UR QuaPA).
Fiche SIREDO
INRA UR370-QuaPA (Qualité des produits animaux), Clermont-Ferrand / Theix.
Directeur de thèse : Erwan Engel (CR1-HDR)
[email protected]
Diminution de la teneur en xénobiotiques dans les produits carnés cuits
Les produits animaux comme la viande peuvent être contaminés à différents niveaux de leur chaine
d’élaboration par des substances organiques xénobiotiques qui représentent un danger pour la santé du
consommateur. Dans la viande cuite, ces xénobiotiques sont soit des micropolluants qui proviennent de
l’environnement d’où ils sont transférés puis concentrés dans les tissus des animaux lors de leur élevage,
soit des composés toxiques néoformés au cours de la cuisson de la viande. En complément aux solutions
préventives de gestion durable de l’environnement limitant les sources d’émission des micropolluants, la
mise en œuvre de stratégies curatives basées sur une conduite raisonnée des procédés de cuisson offre
des perspectives prometteuses pour réduire les teneurs en xénobiotiques des produits carnés. L’objectif de
cette thèse sera d’étudier la modulation de la teneur d’un large éventail de xénobiotiques organiques dans la
viande par les procédés de cuisson. La recherche sera articulée en deux parties ayant pour cibles
respectives, les micropolluants environnementaux et les composés toxiques néoformés. Ces travaux
s’appuieront sur l’expertise et les moyens uniques du laboratoire d’accueil en matière de quantification des
xénobiotiques par une technique haute résolution, haute sensibilité et forte sélectivité, la chromatographie en
phase gazeuse bidimensionnelle systématique couplée à un spectromètre de masse à temps de vol
(CPG×CPG-SM/TOF).
Ratel J, Engel E 2009. Determination of benzenic and halogenated volatile organic compounds in animalderived food products by one-dimensional and comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass
spectrometry. J. Chromatogr. A, 1216:7889.