L'éthoxyquine est, depuis des décennies, largement utilisée 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 et l'ensilage de poisson. L'éthoxyquine a la propriété unique de pouvoir se dissoudre dans les phases aqueuse et huileuse, selon le pH. Cependant, il existe des préoccupations liées à l'utilisation de cet antioxydant (voir la figure 1). En juin 2017, la Commission européenne a suspendu l'autorisation d'utilisation de l'éthoxyquine pour toutes les espèces et catégories animales. Il est donc nécessaire de trouver une solution alternative.

Un nouveau produit alternatif contenant le gallate de propyle antioxydant a été développé par Borregaard. Ce produit est optimisé pour garantir une haute qualité, ainsi que des performances stables du produit. La nouvelle combinaison de gallate de propyle, d'acide lignosulfonique et d'acide formique constitue 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, en particulier dans l'industrie du poisson, afin d'empêcher la rancissement des graisses et des huiles pendant la transformation et le stockage.

Borregaard possède de nombreuses années d'expérience dans l'évaluation de l'efficacité des antioxydants. Il existe plusieurs méthodes disponibles sur le marché pour tester la capacité antioxydante [2-5] et le test DPPH [6] est une méthode couramment utilisée. À Borregaard, une méthode basée sur le DPPH (2,2-diphényl-1-picrylhydrazyle) développée en interne – la méthode BAU * – est utilisée, et sera décrite plus loin dans ce texte.

*Unité Antioxydants Borregaard 

 

Ensilage de poisson

L'ensilage de poisson contient du poisson ou des parties de poisson, combinés avec un additif pour stabiliser l'ensilage pendant le stockage. Les acides organiques de différents types sont généralement utilisés comme additifs d'ensilage. Dans les bonnes conditions, à une température comprise entre 5 et 40°C et à un pH compris entre 3,5 et 4,5, la masse des poissons commencera à se décomposer.

Dans ce processus, appelé autolyse, les enzymes décomposent les muscles et une masse liquide se forme, ce qui est souhaitable compte tenu de sa facilité de manipulation grâce aux pompes, aux tuyaux, etc. (voir figure 2). Les lipides contiennent des niveaux élevés d'acides gras polyinsaturés à chaîne longue (AGPI). Les AGPI sont facilement oxydés par l'oxygène, ce qui entraîne un 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 empêcher l'oxydation des AGPI dans la farine et l'huile de poisson, l'industrie utilise actuellement des antioxydants synthétiques comme : l'éthoxyquine (E324), le BHA (hydroxy-anisole butylé, E-320) et le BHT (hydroxy toluène butylé, E321). De plus, des antioxydants naturels comme les tocophérols sont également utilisés.

 

Contrôle des antioxydants

La liste des antioxydants approuvés dans les aliments pour animaux est limitée. Dans cette étude, plusieurs antioxydants, synthétiques et naturels, ont été évalués. La capacité antioxydante a été testée en utilisant la méthode BAU.

La méthode BAU est une méthode basée sur la spectrophotométrie, utilisant le radical libre stable DPPH, pour comparer la capacité antioxydante des lignosulfonates et des antioxydants. Le changement d'absorption d'une solution contenant du DPPH et des composés d'intérêt est mesuré.

La DPPH n'ayant pas réagi est le violet, mais après la réaction, c'est-à-dire le transfert de radicaux libres vers, par exemple, un antioxydant, la solution change de couleur et devient jaune. Moins il faut d'antioxydant pour éteindre le radical DPPH, plus l'antioxydant est fort.

D'après le contrôle, le BHA, le gallate de propyle et l'acide ascorbique ont montré les capacités antioxydantes les plus élevées. Sur la base d'études de stabilité et de solubilité supplémentaires, le gallate de propyle (voir 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', qui signifie bois. La lignine est l'élément liant du bois et joue un rôle important dans le transport de l'eau, des métabolites et des 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 en bois et agit comme un liant entre les parois cellulaires, créant un matériau composite qui est remarquablement résistant à la compression et à la flexion. La lignine est l'un des polymères organiques les plus abondants sur terre, dépassé uniquement par la cellulose.

Les lignosulfonates sont des biopolymères ramifiés et hydrosolubles produits à partir de la 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 processus avec lequel ils ont été extraits. Les unités monomères constituant le polymère naturel de la lignine sont visibles (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 en tant que solution naturelle renouvelable. S'appuyant sur des qualités inhérentes et améliorées 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, les dispersants de pesticides, les extenseurs de batterie, les produits chimiques de forage de puits de pétrole, les émulsions, céramiques, liants routiers, protéines de dérivation et additifs pour l'alimentation animale.

La lignine est connue pour ses propriétés antioxydantes. En particulier, 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 scientifique, l'effet antioxydant des lignosulfonates dans diverses applications a été décrit.

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 oxydées dans l'acide lignosulfonique peuvent agir comme piégeurs 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 dit que les antioxydants testés étaient moins dégradés dans une solution d'acide organique si de l'acide lignosulfonique était présent, c'est-à-dire que l'acide lignosulfonique fonctionne 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% (p/p) d'acide lignosulfonique a été réalisée. L'éthoxyquine a été ajoutée comme référence.

Le niveau d'inclusion d'antioxydants dans les acides était de 0,35% (p/p). Des conteneurs de 25 litres ont été entreposés à l'extérieur pendant l'été et au 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% du gallate de propyle ajouté dans l'acide formique. Dans la solution contenant de l'acide lignosulfonique, la valeur correspondante était de 90% (voir figure 6a). Après 75 jours, les valeurs correspondantes étaient de 48% dans l'acide formique et de 63% dans la solution contenant de l'acide lignosulfonique.

Les résultats montrent clairement que l'addition d'acide lignosulfonique à la solution stabilise et protège mieux le gallate de propyle que la solution ne contenant que 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 rancidité

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 de tester les produits de dégradation primaire et secondaire. La méthode la plus courante consiste à mesurer l'indice de peroxyde (PV), c'est-à-dire à mesurer les produits d'oxydation primaires (principalement les hydroperoxydes), et à mesurer l'indice d'anisidine (AV), à savoir mesurer les produits d'oxydation secondaires.

L'étape suivante de l'oxydation se produit lorsque les hydroperoxydes se décomposent pour former des carbonyles et d'autres composés comme les 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 dans un robot culinaire au laboratoire. Différentes solutions acides ont été préparées contenant:

•    0.35% de gallate de propyle dans l'acide formique 85% + acide lignosulfonique

•    0.70% de gallate de propyle dans l'acide formique 85% + acide lignosulfonique

•    0.35% d'éthoxyquine dans l'acide formique 85% + d'acide lignosulfonique

Note: Les solutions contiennent avant tout 80% en poids d'acide formique, 85% et ~ 20% en poids 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 prélevés 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 inférieur à 4.

 

Stabilité de l'ensilage de poisson

Les valeurs TOTOX peuvent être vues sur la figure 7. Chaque valeur TOTOX est calculée à partir des valeurs PV et AV mesurées dans les échantillons. Après six semaines, l'ensilage s'est stabilisé avec du gallate de propyle et de l'acide lignosulfonique ayant le même niveau de TOTOX que l'ensilage stabilisé avec de l'éthoxyquine.

Cependant, après 11 semaines, l'ensilage stabilisé avec du gallate de propyle et de l'acide lignosulfonique a des valeurs de TOTOX inférieures à celles de l'éthoxyquin contenant de l'ensilage. Il n'y avait aucune différence significative entre les deux doses de gallate de propyle testées.

 

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 comme antioxydant dans les additifs d'ensilage.

Borregaard a développé un nouvel additif d'ensilage contenant de l'acide formique, de l'acide lignosulfonique et du gallate de propyle pour l'industrie des sous-produits du poisson. Ce produit offre les avantages suivants:

•    Solution sans éthoxyquine

•    Dégradation réduite de l'antioxydant

•    Durée de conservation plus longue de l'additif d'ensilage

•    Ensilage de poisson stable et de qualité  

 

Reconnaissance

Les travaux décrits ont été financés par l'entreprise commune BioBased Industries dans le cadre du programme de financement de l'Union Européenne pour la recherche et l'innovation Horizon 2020 dans le cadre du projet BioForEver (produits BIO de FORestry via Economically Viable European Routes, accord de subvention n ° 720710).