Criblage et contrôle de la qualité de l'huile de palme à l'aide de la spectroscopie NIR

2 oct. 2023

Article

L'huile de palme est une huile comestible provenant du fruit du palmier à huile (Elaeis guineensis). Les palmiers à huile ne poussent que dans les régions tropicales. Originaires d'Afrique, ils ont été introduits en Asie du Sud-Est il y a un peu plus d'un siècle. Aujourd'hui, les plantations de palmiers à huile d'Indonésie et de Malaisie fournissent plus de 85 % de l'huile de palme utilisée dans le monde entier [1].

L'huile de palmiste brute et l'huile de palme rouge brute de haute qualité sont transformées et utilisées dans une grande variété de produits. Le criblage et le contrôle de la qualité sont essentiels pour garantir que certaines spécifications sont respectées pour l'utilisation de l'huile de palme dans plusieurs industries. La spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR) est un moyen simple d'y parvenir.

À quoi sert l'huile de palme ?

L'huile de palme est présente dans plus de 50 % des biens de consommation préemballés, qu'il s'agisse de pizzas, de nouilles instantanées, de sucreries telles que les crèmes glacées ou de produits de soins personnels et cosmétiques tels que les déodorants, les shampooings, les dentifrices et les rouges à lèvres.[2]. Même les produits de nettoyage comme le savon et le détergent n'y échappent pas. Cette huile omniprésente est également utilisée dans l'alimentation animale et comme biocarburant dans de nombreuses régions du monde (Figure 1).

Deux types d'huile peuvent être produits à partir des palmiers à huile. L'huile de palme brute (ou huile de palme rouge brute) provient du pressage de la chair, et l'huile de palmiste brute provient du broyage de l'amande (également appelée noyau) située au centre du fruit (Figure 2).

Transformation de l'huile de palme : broyage et raffinage

Figure 3 illustre le processus de broyage et de raffinage de l'huile de palme. Après broyage du fruit, l'huile de palme brute (CPO) obtenue est naturellement rouge. Cela est dû à sa forte teneur en bêta-carotène. L'huile de palme rouge brute qui a été raffinée, blanchie et désodorisée (c'est-à-dire l'huile de palme RBD) est jaune clair, voire incolore, car elle ne contient plus de caroténoïdes.

Après le broyage, l'huile de palme brute est soumise à un processus de fractionnement. Il s'agit des processus de cristallisation et de séparation qui permettent d'obtenir des fractions solides (stéarine de palme) et liquides (oléine) de l'huile de palme brute. Les impuretés sont éliminées de ces fractions par des processus de fusion et de démucilagination.

L'huile est ensuite raffinée. Elle est filtrée et blanchie pour éliminer les odeurs et la coloration, pour finalement produire de l'huile de palme RBD et des acides gras libres. L'huile de palme RBD peut être encore fractionnée pour produire de l'huile de cuisson ou être utilisée comme ingrédient dans d'autres produits.

Contrôle de la qualité de l'huile de palme

L'huile de palme peut être contrôlée à de nombreuses étapes de sa production à des fins de contrôle de la qualité (CQ). La spectroscopie dans le proche infrarouge est une méthode qui peut être utilisée non seulement pour le CQ pendant la production de l'huile de palme, mais aussi - et c'est très important - pour les entreprises qui achètent de l'huile de palme et qui doivent évaluer sa qualité avant de l'utiliser dans d'autres produits.

L'utilisation de la spectroscopie NIR rend le contrôle qualité plus efficace et plus rentable, comme le montre cet article. Le reste de l'article présente un bref aperçu de la NIRS, suivi d'exemples d'application de la NIRS dans l'industrie de l'huile de palme. Ceux-ci illustrent comment les producteurs d'huile de palme peuvent bénéficier de la mise en œuvre de la NIRS dans le flux de travail du contrôle qualité.

Comment fonctionne la spectroscopie proche infrarouge ?

La lumière et la matière interagissent de toutes sortes de manières. Toutefois, la lumière utilisée dans les méthodes spectroscopiques (p. ex. NIRS) est généralement décrite par la longueur d'onde ou les nombres d'ondes plutôt que par l'énergie appliquée. Un spectromètre NIR (par exemple, le Metrohm DS2500 Liquid Analyzer) mesure cette interaction pour générer des spectres à partir d'un échantillon (Figure 4).

Cette technique analytique est très sensible à la présence de certains groupes fonctionnels (-CH, -NH, -OH et -SH) dans les échantillons. La NIRS est donc idéale pour quantifier les paramètres chimiques de l'huile de palme, tels que la teneur en eau (humidité), les acides gras libres (AGL), l'indice d'iode (IV) et l'indice de détérioration de l'aptitude au blanchiment (DOBI), entre autres. L'interaction lumière-matière dépend également de l'échantillon. Cela permet de mesurer les paramètres physiques et rhéologiques (par exemple, la densité et la viscosité). Cette richesse d'informations est contenue dans un seul spectre NIR, ce qui rend cette méthode adaptée à une analyse multiparamétrique rapide.

Mode de mesure

Les modes de mesure NIRS dépendent du type d'échantillon. Le mode transmission est le plus approprié pour analyser des échantillons liquides comme l'huile de palme (figure 5). Dans ce cas, la lumière NIR traverse l'échantillon tout en étant absorbée. Toute lumière NIR non absorbée est ensuite détectée.

Avantages de la spectroscopie proche infrarouge

Il est clair que la simplicité de la mesure de l'échantillon et la rapidité sont deux avantages majeurs de l'utilisation de la spectroscopie NIR pour le contrôle de la qualité :

Technique rapide - les résultats sont obtenus en moins d'une minute.
Pas de préparation de l'échantillon - mesurez l'échantillon tel quel.
Faible coût par échantillon - aucun réactif n'est nécessaire pour l'analyse.
Respectueux de l'environnement - aucun déchet n'est produit.
Mesure non destructive - les échantillons peuvent être réutilisés après l'analyse.
Facilité d'utilisation - les utilisateurs inexpérimentés réussissent immédiatement.

Pour en savoir plus sur la NIRS en tant que technique secondaire, consultez nos précédents articles de blog.

Avantages de la spectroscopie proche infrarouge : Partie 1

Avantages de la spectroscopie proche infrarouge : Partie 2

Avantages de la spectroscopie proche infrarouge : Partie 3

Avantages de la spectroscopie proche infrarouge : Partie 4

Conformité ASTM du NIRS pour le contrôle de la qualité

ASTM E1655: Pratiques normalisées pour l'analyse quantitative multivariée par infrarouge

"Ces pratiques constituent un guide pour l'étalonnage multivarié des spectromètres infrarouges utilisés pour déterminer les caractéristiques physiques ou chimiques des matériaux. Ces pratiques sont applicables aux analyses effectuées dans la région spectrale du proche infrarouge (NIR) (environ 780 à 2500 nm) jusqu'à la région spectrale de l'infrarouge moyen (MIR) (environ 4000 à 400 cm-1)".

Applications et paramètres typiques de l'analyse NIRS

Les produits à base d'huile de palme sont soumis à de nombreuses méthodes d'essai normalisées afin de déterminer leurs propriétés chimiques et physiques. Les tests en laboratoire sont indispensables à la recherche et au développement, ainsi qu'au contrôle de la qualité. Le tableau 1 énumère les paramètres d'essai les plus pertinents pour le contrôle de la qualité des différentes formes d'huile de palme (par exemple, l'huile de palme brute (CPO), l'huile de palmiste brute (CPKO) et l'huile de palme raffinée, blanchie et désodorisée (RBD)).

Paramètres	Méthode conventionnelle (primaire)
Humidité	Karl Fischer titration
Acides gras libres (AGL)	Titration
Iodine Value (IV)	Titration
Indice de détérioration de la capacité de blanchiment (DOBI)	Photométrie
Carotène	Photométrie

NIRS : une solution clé en main pour l'analyse de l'huile de palme

Metrohm propose la NIRS comme solution clé en main pour l'analyse de l'huile de palme avec des modèles de pré-calibration prêts à l'emploi pour la détermination de l'indice d'iode (IV), de l'humidité (% d'eau), et de la teneur en acides gras libres (FFA) (Tableau 2). Différents préétalonnages spécifiques sont dédiés à l'analyse de produits tels que l'huile de palme c=huile de palme bruter=(CPO), huile de palmiste brute(CPKO), ou stéarine ou oléine de palme brute raffinée, blanchie et désodorisée (RBD). Ces modèles de pré-calibration permettent d'utiliser immédiatement cette solution clé en main sans développement de méthode.

Parameter		CPKO	CPO	RBD
FFA (%)	Range	0–4	2.5–6	0–0.25
SECV	0.11	0.26	0.03
Moisture (%)	Range	0–0.3	0–0.3	0–0.1
SECV	0.03	0.05	0.01
IV	Range	7–19	49–53	21–63
SECV	0.27	0.22	0.56

Les résultats de l'analyse de l'huile de palme brute avec le Metrohm DS2500 Liquid Analyzer sont présentées dans le tableau 3. Tous les constituants mesurés par NIRS présentent des valeurs de corrélation robustes. En outre, l'erreur standard de validation croisée (SECV) est proche de l'erreur standard d'étalonnage (SEC) pour tous les modèles.

Figures de mérite	FFA	IV	Teneur en eau	DOBI	Teneur en carotène
R²	0.835	0.911	0.638	0.842	0.677
SEC	0.266%	184 mg/100g	0.046%	0.17	22.9 µg/g (ppm)
SECV	0.270%	210 mg/100g	0.047%	0.19	23.4 µg/g (ppm)

Résumé

La spectroscopie dans le proche infrarouge est parfaitement adaptée à l'analyse de plusieurs paramètres clés de la qualité de l'huile de palme CPO, CPKO et RBD. Un seul instrument NIRS peut mesurer plusieurs paramètres de contrôle de la qualité en une fraction du temps nécessaire à d'autres techniques d'analyse.

L'analyse d'échantillons d'huile de palme par des méthodes primaires (titrage, titrage Karl Fischer et photométrie) peut prendre jusqu'à 30 minutes. La détermination conventionnelle par chimie humide nécessite des réactifs chimiques, la préparation de l'échantillon, plusieurs instruments et un personnel de laboratoire qualifié. Au contraire, l'analyse multiparamétrique de l'huile de palme avec la NIRS prend moins d'une minute. La rapidité des résultats et l'absence de préparation des échantillons permettent d'augmenter le débit d'échantillons. Cela permet également de réduire les coûts par échantillon, non seulement en raison du gain de temps, mais aussi parce qu'aucun produit chimique n'est nécessaire.