Brevet FR2851250A1 — publié le 20040820

Moyens pour maîtriser l'usage du dioxyde de soufre dans l'alimentation et en particulier en oenologie. L'invention concerne des moyens, produits et procédés, pour maîtriser l'usage de dioxyde de soufre dans l'alimentation et en particulier en oenologie. Le dioxyde de soufre, ou anhydride sulfureux, SO2, est un agent de conservation fréquemment employé dans l'alimentation pour ses propriétés antimicrobiennes, antioxydantes et antioxydasiques, mais aussi comme inhibiteurs d'enzymes et de réactions à brunissement. Le S02 est ainsi abondamment utilisé pour la conservation des fruits secs, des salades et des légumes prêts à l'emploi, ainsi qu'en charcuterie. Il est également utilisé depuis longtemps en oenologie pour ces mêmes propriétés, sous forme gazeuse après "méchage" des fûts de bois pour en assurer la désinfection, et/ou ajouté en solution aqueuse à différentes étapes de la vinification ou au vin lui même. Il est admis qu'après son addition dans l'aliment, notamment dans le vin, le dioxyde de soufre établit un équilibre entre les formes libre et combinée avec les différents constituants du vin. L'existence de ces combinaisons oblige à augmenter la dose de S02 total afin qu'un léger excès de S02 libre subsiste, cette fraction étant la seule active. Une diminution de la quantité totale de S02 est souhaitable compte tenu notamment des inconvénients de nature sensorielle liés à un trop large excès et également de la toxicité du SO2. Cette diminution, recherchée par les professionnels de l'alimentation, et notamment du vin, entre également dans les objectifs de la politique européenne en matière d'additifs alimentaires. Ainsi, en ce qui concerne les vins, les doses maximales sont actuellement fixées à 160 mg/1 pour les vins rouges et 210 mg/1 pour les vins blancs et rosés. Une marge supplémentaire de 50 mg/1 est autorisée, par dérogation, pour les vins contenant plus de 5 g/1 de sucre. D'autres dérogations attribuées pour des vins doux atteignent, suivant les appellations, jusqu'à 300 et même 400 mg/1 de SO2 total. Dans le but d'éliminer le SO2, des procédés mécaniques, microbiologiques et essentiellement physicochimiques ont été proposés. On a ainsi rapporté la désulfitation de jus de fruit par passage sur une membrane poreuse ou par "sparging". Récemment un procédé microbiologique reposant sur l'utilisation d'une bactérie Thiobacillus thiooxidans (JCM 7814) a été appliqué à la désulfitation de jus de raisin à haute teneur en sulfite (1000 ppm). Cette bactérie chémoautotrophe oxyde le SO2 libre mais également le SO2 combiné, les sulfites étant presque complètement éliminés en 3 h 30 à 30 C. Les autres constituants ne sont pas altérés et la couleur n'est pas modifiée. Cependant, des réserves subsistent par rapport à cette technique d'un point de vue chimique : action éventuelle des bactéries vis à vis des dérivés soufrés ayant un degré d'oxydation inférieur à IV, produits issus de la réaction d'oxydation, en particulier, à partir des acides hydroxysulfoniques, résistance de la bactérie à l'alcool et applicabilité au vin. On a également rapporté l'élimination des sulfites du vin par passages successifs sur une résine échangeuse d'anions fortement basique, puis sur une résine échangeuse de cations fortement acide, suivis d'un traitement sur charbon. En traitant par exemple un vin contenant initialement 40 à 150 ppm de sulfites, on obtient par cette méthode un vin, renfermant moins de 10 ppm de sulfites et ne présentant aucune altération notable ni de la couleur, ni du caractère vineux. Cette méthode peut être considérée comme performante pour éliminer les sulfites dans un vin standard. Cependant, elle conduit à la rétention d'autres constituants ionisés ou ionisables, comme les acides organiques, les sucres, les anthocyanes et les acides aminées et à des variations importantes de pH, ce qui entraîne une altération du vin. Pour rechercher une solution satisfaisante au problème de la diminution de la quantité en SO2 total du vin, les inventeurs ont tout d'abord étudié les structures chimiques des combinaisons de SO2 avec les principales substances combinantes du vin en se basant notamment sur des mesures de RMN de 33S.Il est ainsi apparu clairement que les principales fonctions combinantes sont les fonctions carbonylées et les oléfines activées (accepteurs de Michaël). En utilisant certains composés soufrés capables de donner lieu aux combinaisons considérées, les inventeurs ont mis en évidence qu'il est possible de disposer de substituts de SO2, assurant le rôle de ce dernier, mais éliminables du vin, quand souhaité, après combinaison. Il s'est également avéré que ces composés étaient utilisables de manière générale dans les aliments, dans la mesure où une étape dans leur procédé de fabrication inclut une phase en solution. L'invention a donc pour but de fournir de tels substituts en tant que nouveaux produits. Elle vise également une méthode permettant, grâce à l'utilisation de tels substituts, de contrôler la quantité totale de SO2 dans tout aliment en phase liquide et en particulier en oenologie. L'invention vise des dérivés du soufre caractérisés en ce qu'ils comprennent une pluralité de groupements fonctionnels à caractère nucléophile avec un soufre de degré d'oxydation IV ou inférieur à IV, ces groupements étant fixés par covalence par l'intermédiaire d'un bras de couplage sur une matrice. Ces dérivés constituent des équivalents de SO2, c'est-à-dire qu'il s'agit de dérivés possédant les propriétés réductrices, nucléophiles, et biologiques, de SO2. Il s'agit de composés stables dans les conditions d'utilisation, notamment de pH, qui ne donnent pas lieu à un relargage de résidus dans le vin ou les aliments en général. Enfin ces dérivés présentent l'avantage d'être facilement récupérables avant et après réaction avec les substances combinantes électrophiles présentes dans les aliments liquides, notamment le vin, par exemple par simple filtration. Des dérivés comportant des groupements fonctionnels de degré d'oxydation (IV) sont avantageusement choisis parmi les 0 @ acides sulfiniques R - S - OH; leurs sels minéraux, comme les sels de sodium, magnésium ou calcium; leurs esters, 0 @ tels que les sulfinates R-S-OR', ou les dialkylsulfites O 0 @ RO-S-OR'; ou des sulfoxydes R - S - R', R et R', identiques ou différents, représentant dans ces groupements un radical éthyle, propyle, ou plus utilement un radical d'un polymère insoluble polyhydroxylé. Dans une variante de réalisation de l'invention, les dérivés soufrés répondent aux formu7Pc ' R présentant les significations données cidessus. De manière avantageuse, ces dérivés sont susceptibles de dispenser du S02 tant que de besoin, mais permettent d'enlever, dès que souhaité, l'excédent non consommé, dans le cas où les substances combinantes sont par exemple, en faible quantité. Ils constituent donc une sorte d'éponge à "vrai" SO2. Selon une autre variante, les dérivés soufrés sont des macropolymères possédant une fonctionnalité de type sulfinate, correspondant à la structure de type II Ces dérivés se présentent avantageusement sous forme de billes capables de fixer les substances combinantes en formant des combinaisons bisulfitiques filtrables en même temps que les billes. Ceci représente un amélioration importante au regard de l'usage de S02, puisque ce "soufre combiné" ne sera plus comptabilisé lors du dosage du SO2 total. D'autres dérivés de l'invention comprennent des groupements fonctionnels de degré d'oxydation inférieur à (IV), comme les acides sulféniques R-S-OH, ou les disulfures -S-S- supportés par un polymère insoluble. Il s'agit par exemple d'un dérivé polycystéinique. Dans les dérivés de l'invention, la matrice est choisie de manière à permettre, voire augmenter un accès aisé au site réactif du groupe fonctionnel. De plus, afin d'éviter tout colmatage des filtres, la matrice doit être filtrable. A titre d'exemples, on citera des matrices élaborées à partir de dextrane, agarose, cellulose, polystyrène ou encore de polypeptides. Compte tenu du domaine d'application, elle doit aussi être d'une totale innocuité pour le consommateur et inerte vis-à-vis de l'aliment liquide, notamment du vin. On dispose ainsi d'équivalents remplissant des fonctions différentes mais concourant à une maîtrise de la quantité totale de SO2 à utiliser au cours des procédés de fabrication des aliments et boissons nécessitant un sulfitage, dont la vinification. Les dérivés de l'invention gardent un caractère nucléophile comparable à celui du SO2 et peuvent ainsi servir d'équivalents, présentant l'avantage d'être plus facilement dosables que SO2. L'invention vise donc une méthode permettant de maîtriser la quantité de SO2 ajoutée à un aliment en phase liquide, en particulier le vin, caractérisée par l'addition à l'aliment, notamment au vin, d'au moins un dérivé soufré tel que défini ci-dessus, en une quantité suffisante pour fixer au moins la majeure partie des substances combinantes présentes, l'élimination des produits combinés formés, quand souhaité, par filtration, et l'addition de la quantité de SO2 minimale nécessaire pour la conservation recherchée. L'invention fournit ainsi les moyens pour maîtriser la quantité de SO2 strictement nécessaire et de fournir des aliments, en particulier du vin, conformes aux exigences requises en matière de taux de S02. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront donnés dans les exemples qui suivent. Dans ces exemples, il est fait référence aux figures 1 et 2 qui représentent les spectres 1H et 33S de dérivés soufrés et de leurs combinaisons avec des dérivés carbonylés. Exemple 1 : Etude de la réactivité de sulfites avec des produits combinants du vin. On rapporte ci-après les résultats d'études concernant la réaction du 1) diéthyl-sulfite, 2) du diméthyl sulfite avec l'acétaldéhyde, l'acide pyruvique, et la 2,3-butanedione. On opère en solution modèle de vin à température ambiante, pendant 7 jours. La réaction est étudiée par RMN du 1H et du 33S. 1) - addition du diéthyl sulfite 1 . avec l'acétaldéhyde 2 On rapporte sur la figure 1 les spectres RMN 1H et 33S du diéthyl-sulfite 1 avant et après addition d'acétaldéhyde 2. Le spectre 1H après 8 heures de réaction, montre la disparition des signaux du déthyl-sulfite et de l'acétaldéhyde au profit de ceux, caractéristiques du produit d'addition bien connu 3 et de l'éthanol dans des proportions doubles. Le milieu réactionnel étudié et analysé par RMN 1H, après 20 heures, ne montre pas d'évolution. En outre, le spectre RMN du 33S montre la disparition du signal du S(IV) dû au diéthyl-sulfite 1 5 - 100 ppm (W > 1000 Hz) au profit d'un signal 8-38 ppm (W = 230 Hz), caractéristique d'un acide hydroxysulfonique. . avec l'acide pyruvique ou la 2, 3 butanedione Les réactions du diéthyl-sulfite conduites respectivement sur l'acide pyruvique 4 H3C-C-C-OH et sur la 2,3-butanedione 5 H3C-C-C-CH3 montrent la formation, respectivement, des produits d'addition 6 et 7. Les mesures de RMN du 33S données dans le tableau 1 sont en accord avec cette interprétation. Tableau 1 : RMN du 33S des produits d'addition du diéthyl- sulfite. 8 ppm W1/2 acétaldéhyde 2 -39 230 acide pyruvique 4 -45 40 2-3 butanedione 5 -45 42 2) - addition de diméthyl-sulfite 8 . avec l'acétaldéhyde 2 L'étude de la réactivité du diméthyl-sulfite 8 a été menée de manière identique à celle du diéthylsulfite. Les spectres de RMN du 1H et du 33S des produits de sa réaction avec l'acêtaldéhyde 2, l'acide pyruvique 4 et la 2,3-butanedione 5, montrent à côté des signaux des produits d'addition, ceux du méthanol dans des rapports stoechiométriques doubles. L'acide tartrique, testé dans les mêmes conditions, reste inchangé comme déjà constaté en présence de SO2. On résume, dans le tableau 2, les résultats de RMN du 33S des produits d'addition du diméthyl-sulfite Tableau 2 8 ppm W1/2 acétaldéhyde 2 -40,7 200 butanedione 5 -45,5 44 acide pyruvique 4 -44,3 40 acide tartrique Absence de signal Le mécanisme de formation d'acide hydroxysulfonique à partir des sulfites d'alkyles est proposé dans le schéma suivant : Le soufre, par addition nucléophile sur le carbonyle, conduit tout d'abord à un double sulfonate activé (sulfoxonium) qui subit donc rapidement l'attaque d'une molécule d'eau pour former un monosulfonate, lequel est rapidement hydrolysé en acide sulfonique (hydroxysulfonique) et alcool. L'étude de la réactivité des sulfites d'alkyle en présence de dérivés carbonylés par RMN du 33S nous permet de conclure à la formation d'acides hydroxysulfoniques. Exemple 2 : Synthèse d'une résine possédant une fonction sulfinique avec un soufre au degré d'oxydation IV. Une telle résine est susceptible de mimer l'action du S02 et donc de fixer sur le support solide, par liaison covalente (non pas par échange d'ions), les substances combinantes du vin (formation de combinaisons bisulfitiques). Avec ce type de polymère, après traitement d'une phase liquide, par exemple lors de la vinification, on procède à une filtration de la phase polymère insoluble qui élimine donc, dans le même temps, les combinaisons bisulfitiques. La quantité juste nécessaire de S02 à une bonne conservation en bouteille est alors ajoutée. 1 Synthèse du copolymère de styrenedivinylbenzenesulfinique On opère comme décrit par Emerson et al., J. Org, Chem., vol.44, n 25, 1979,4634-4640 selon le schéma suivant : A : copolymère de styrène-divinylbenzènesulfonique. B : copolymère de styrène-divinylbenzènechlorosulfonique. C: copolymère de styrène-divinylbenzènesulfonylhydrazine. D : copolymère de styrène-divinylbenzènesulfinique. 1) Synthèse du composé B: Mode opératoire : A 5 g de résine Dowex (50 x 4-400) A, échangeuse de cations fortes, régénérée sous forme H+ et séchée, sont ajoutés, goutte à goutte et à température ambiante, 228 mmol d'acide chlorosulfonique (ClSO3H). Le mélange est ensuite chauffé à 70 C durant 1 heure. La résine est alors filtrée sur fritté n 4, et lavée successivement par : - 2 fois 20 ml de CH2C12, - 2 fois 20 ml d'un mélange CH2C12/THF, 50/50, - 2 fois 20 ml de THF, - 1 fois 20 ml de CH2C12. 2) Synthèse du composé C : Mode opératoire : Les 5 g de résine B, préalablement séchés, sont ajoutés par portions à un mélange de 10,275 g d'hydrazine (0,15 mol) et de 7,65 ml de H20, maintenus à froid (dans un bain de glace). Après 3 h, le mélange réactionnel est filtré et lavé, successivement, par 100 ml de HC1 concentré (3N), d'eau distillée (jusqu'à pH > 5), puis par 250 ml d'une solution de sulfate de sodium (à 4%), et enfin d'eau distillée. 3) Synthèse du composé D : Mode opératoire : Le composé D est obtenu à partir du composé C par simple chauffage à l'étuve pendant 4 heures environ (100 C) . 2. Propriétés combinantes de la résine sulfinique synthétisée La résine sulfinique synthétisée doit mimer l'effet du S02 et donc combiner les substances carbonylées. Les propriétés combinantes sont étudiées avec l'acétaldéhyde et le crotonaldéhyde et sont mises en évidence par une analyse HPLC. La concentration de l'aldéhyde dans une solution hydroalcoolique est suivie par détection UV, avant et après passage de celle-ci sur la résine modifiée. Certains essais nécessitent la dérivatisation de l'aldéhyde, afin de suivre la réaction par spectrométrie UV (par exemple avec le dinitrophénylhydrazine (DNPH)). - Etude avec le crotonaldéhyde. Le crotonaldéhyde 9 s'additionne sur la résine sulfinique synthétisée D selon la réaction suivante : Mode opératoire - principe : La réaction de la résine sulfinique D en présence de crotonaldéhyde 9 est suivie au cours du temps, par le dosage HPLC de ce dernier persistant dans une solution dans laquelle la résine est agitée. A 1 g de résine sulfinique D, on ajoute la solution hydroalcoolique préparée comme suit : 600 l d' EtOH 4 , 4 ml d' H20 15 mg d'acide tartique 41,5 fil de crotonaldéhyde 9 en ajustant le pH à 3,2 avec une solution de NaOH à 0,1 M. L'analyse HPLC du crotonaldéhyde 9 révèle un temps de rétention tR = 13 min dans les conditions suivantes : - Détection UV à 250 nm - Gradient d'élution H20/MeOH 100/0 à 0/100 en 30 min. Résultats : Une diminution de l'absorbance de la solution est observée dès la première demi-heure de réaction, ce qui permet de mettre en évidence les propriétés combinantes de la résine sulfinique. Au-delà de 15 heures de réaction, le profil chromatographique se trouve modifié par l'apparition de produits de dégradation. Un test témoin, sur la résine sulfonique A de départ, dans les mêmes conditions, permet d'observer une altération dès le début de la réaction du crotonaldéhyde qui se transforme en de nombreux autres produits. Exemple 3 : Eponges à S02 On utilise un macropolymère cellulosique insoluble sur lequel on fait réagir du chlorure de thionyle SOC12 en milieu pyridine, en large excès, à température ambiante. On élimine les réactifs par évaporation sous pression réduite. Le résidu est lavé à l'eau jusqu'à neutralité. Exemple 4 : Billes à SO2 On utilise une résine sulfonique du commerce à groupements RS03H traitée par (COCl)2, pour conduire à RS02Cl, ce composé étant réduit par traitement avec LiAlH4 en dérivé sulfinique RS02H' En variante, la résine sulfonique est traitée par NaHS03 ou Na2S pour transformer par dismutation la résine sulfonique en sulfinate. Exemple 5 Utilisation de billes dans un processus de vinification Dans un schéma de vinification, on ajoute lors du premier sulfitage, des équivalents de type II pour éliminer les substances à fort pouvoir de combinaison et des équivalents de type I pour maîtriser la quantité de S02 à ajouter ensuite, et - lors des autres sulfitages, on procède à de telles additions uniquement si les substances à fort pouvoir de combinaison sont de nouveau présentes, cette recommandation s'appliquant à chacune des étapes ultérieures. Lors de l'étape finale, on procède à une filtration pour éliminer les polymères ainsi que le S02 "équivalent" en excès. REVENDICATIONS 1/ Dérivés du soufre, caractérisés en ce qu'ils comprennent une pluralité de groupements fonctionnels à caractère nucléophile avec un soufre de degré d'oxydation IV ou inférieur à IV, ces groupements étant fixés par covalence par l'intermédiaire d'un bras de couplage sur une matrice. 2/ Dérivés selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comportent des groupements fonctionnels de degré d'oxydation (IV), choisis parmi les O acides sulfiniques R - S - OH; leurs sels minéraux, comme les sels de sodium, magnésium ou calcium; leurs esters, 0 @ tels que les sulfinates R-S-OR', ou les dialkylsulfites 0 RO-S-OR'; ou des sulfoxydes R - S - R'; R et R', identiques ou différents, représentant dans ces groupements un radical éthyle, propyle, ou plus utilement un radical d'un polymère insoluble polyhydroxylé. 3/ Dérivés selon la revendication 2, caractérisés en ce que les dérivés soufrés répondent aux formules de type I, A ou B. Type IA Type IB R présentant les significations données dans la revendication 2. 4/ Dérivés selon la revendication 2, caractérisés en ce qu'il s'agit de macropolymères possédant une fonctionnalité de type sulfinate, correspondant à la structure de type II : 5/ Dérivés selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comprennent des groupements fonctionnels de degré d'oxydation inférieur à (IV) comme les acides sulféniques R-S-OH, ou les disulfures-S-S- supportés par un polymère insoluble, par exemple un dérivé polycystéinique. 6/ Méthode pour maîtriser la quantité de S02 ajoutée à un aliment, en particulier, caractérisé par l'addition à l'aliment, notamment du vin, d'au moins un dérivé soufré tel que défini ci-dessus, en une quantité suffisante pour fixer au moins la majeure partie des substances combinantes présentes, l'élimination des produits combinés formés, quand souhaité, par filtration, et l'addition de la quantité de S02 minimale nécessaire pour la conservation recherchées.