Brevet FR3079615A1 — publié le 20191004

PROCEDE DE MESURE DE LA CAPACITE ANTIOXYDANTE D'UN LIQUIDE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la capacité antioxydante d'un liquide, tel qu'un liquide alimentaire comme le vin, le 5 jus de fruits et les alcools. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE De nos jours, l'intérêt pour de nouvelles solutions de détermination de la 10 capacité antioxydante ne cesse de s'accroître. En effet, les antioxydants ont gagné beaucoup de popularité grâce à leurs effets bénéfiques sur la santé, ainsi qu'en raison de leur influence dans la maîtrise de l'oxydation dans les procédés industriels. 15 La capacité antioxydante mesure la capacité d'un composé à résister à l'oxydation, une réaction à l'origine de l'instabilité de presque toute la matière, organique ou de synthèse. Dans les produits alimentaires et cosmétiques, l'oxydation se traduit souvent par leur détérioration que l'on essaie de compenser en outre par l'élimination de l'oxygène et/ou par l'adition d'antioxydants, 20 prolongeant ainsi la durée de vie de ces produits. Dans l'industrie du vin, la maîtrise de réactions d'oxydation est plus complexe car l'oxygène joue un rôle bivalent dans les caractéristiques du vin. Actuellement, on reconnaît qu'une maîtrise appropriée de l'apport en oxygène, 25 permet par exemple la maturation complète des arômes dans les vins rouges, tandis qu'un apport insuffisant peut se convertir dans un défaut aromatique de celui-ci. Il en va de même pour l'équilibre microbien et la couleur, qui peuvent être influencés positivement ou négativement par la concentration d'oxygène dans le vin. Il est donc souhaitable d'avoir un apport d'oxygène maîtrisé et permettant 30 d'obtenir des qualités optimales d'arôme, de couleur et de structure du vin. 2 L'estimation de cet apport va toutefois être conditionnée par le type de vin et des molécules naturellement présentes dans le moût, les molécules antioxydantes comme les polyphénols étant capables de neutraliser certains des effets indésirables de l'oxygène. Les polyphénols sont toutefois également responsables de la plupart des caractéristiques organoleptiques du vin que l'on souhaite conserver, ou faire évoluer de manière contrôlée. Aujourd'hui, il est donc nécessaire d'étudier et de caractériser les relations existantes entre l'apport en oxygène et la capacité antioxydante d'un vin, permettant d'établir des processus de production optimisés pour chaque vin. L'utilisation de capteurs voltamétriques modifiés avec des enzymes a été proposée pour déterminer la concentration d'antioxydants dans le vin. Ces capteurs sont cependant spécifiques pour la mesure d'une molécule ou un type de molécule, par exemple les polyphenol-oxydases pour déterminer les polyphénols. Le vin comporte toutefois des molécules de natures diverses, apportant un pouvoir antioxydant, par exemple les sucres, les sulfites et même des molécules apportées par le fût en bois lors de la maturation. L'utilisation de multiples biocapteurs ou de biocapteurs multisurface spécifiques à chaque type de molécule a donc été également proposée pour estimer la capacité antioxydante totale d'un liquide. Ces capteurs ont toutefois l'inconvénient d'être spécifiques pour un type de liquide à mesurer et d'utiliser des formules mathématiques complexes pour intégrer les résultats et fournir une approximation de la capacité antioxydante totale. La présente invention a pour but de présenter un dispositif et un procédé de mesure fiables de la capacité antioxydante d'un liquide, indépendamment du type de molécules présentes dans le liquide à mesurer et pouvant être utilisé pour différents liquides alimentaires, et en particulier sur le vin. On connaît de l'état de la technique le brevet français FR1361871 proposant un procédé et un dispositif de mesure de la capacité antioxydante d'un matériau en bois tel qu'un fût ou un merrain par voltamétrie, mais n'étant pas optimisé pour la mesure des liquides. 3 L'invention a pour but également de proposer un procédé de mesure par voltamétrie de la capacité antioxydante qui puisse être facilement mis en oeuvre par des utilisateurs sans expérience dans l'analyse électrochimique. 5 Effectivement, le signal de courant enregistré lors d'une expérience électrochimique est aisément influencé par la convection de différents types de molécules et ions en raison du mouvement de masses dans la solution. Une interprétation correcte d'un voltammogramme doit tenir compte de l'influence de la convection sur les signaux enregistrés. La solution la plus utilisée consiste donc à 10 mesurer un échantillon dont le liquide n'est pas en mouvement et dans des conditions de temps limitées. Toutefois, cette solution n'est pas adaptée pour sa mise en oeuvre par des utilisateurs sans expérience dans l'analyse électrochimique. La présente invention offre une solution à ce problème. 15 EXPOSE DE L'INVENTION A cette fin, l'invention propose un procédé de mesure de la capacité antioxydante d'un liquide au moyen d'un dispositif de mesure électrochimique comportant une électrode de travail à disque tournant. Plus particulièrement, le 20 procédé propose la mesure d'un voltamogramme linéaire avec ladite électrode de travail mise en rotation et en contact du liquide à mesurer, la capacité antioxydante étant calculée à partir d'une intensité totale mesurée sur une plage de valeurs de tension dudit voltamogramme. 25 Les électrodes à disque tournant font partie des dispositifs de voltamétrie hydrodynamique utilisés pour étudier différents phénomènes électrochimiques, tels que le transfert multi-électron, la cinétique de transfert d'électrons, des pas d'adsorption/désorption, ainsi que la mise en évidence de mécanismes de réactions électrochimiques. 30 La présente invention utilise avantageusement la méthode d'électrode tournante pour contrôler le régime de transport d'espèces électroactives vers l'électrode de travail. La rotation du disque maintient en agitation contrôlée l'échantillon du liquide à mesurer pendant qu'un flux laminaire constant est créé 4 vers la surface active de l'électrode, formant une couche de solution autour de ladite surface active. Il est donc possible pour un utilisateur sans expérience d'obtenir des résultats aisément reproductibles. 5 La rotation de l'électrode tournante lors de la mesure du liquide permet également d'obtenir des résultats précis à partir d'une seule électrode de travail, grâce à la diminution des effets de bord. Dans un mode de réalisation, le disque tournant de l'électrode de travail est 10 en or et la capacité antioxydante est calculée à partir du maximum de la dérivée des intensités observées et/ou l'intégration de l'intensité du signal observée, entre une tension appliquée de 0,1 et 1,1 V. L'or est adapté à la détection de la capacité antioxydante d'une large gamme de molécules et ce mode de réalisation permet, comme il sera développé ci-après, de minimiser l'erreur pouvant être apportée par 15 l'utilisation de ce matériau. Dans un mode de réalisation, l'électrode de travail est activée et/ou régénérée par voltamétrie cyclique dans une solution d'acide sulfurique préalablement à la mesure du liquide. L'électrode de travail peut être activée et/ou 20 régénérée en l'absence de rotation par au moins 6 cycles et de préférence 10 cycles entre -0,25 et 1,6 V à une vitesse de balayage de 0,05 V/s. L'invention concerne également l'utilisation du procédé de mesure de la capacité antioxydante d'un liquide de l'invention, pour caractériser un liquide 25 alimentaire tel que le vin, le jus de fruit, les alcools, le thé, le chocolat, le lait etc. Par liquide alimentaire on entend tout liquide qui peut être consommé par l'homme et/ou les animaux. L'invention concerne également un dispositif spécialement conçu pour 30 mettre en oeuvre le procédé de l'invention, ledit dispositif comportant au moins : -une électrode de travail à disque tournant, ladite électrode de travail étant reliée à un moteur permettant de régler une vitesse de rotation ; -une électrode auxiliaire comportant une feuille de platine ; 5 -une électrode de référence à double jonction Ag/AgCI, les électrodes étant reliées d'une part à un moyen permettant d'imposer une tension définie et cyclique entre l'électrode de travail et l'électrode de référence et d'autre part à un dispositif de mesure de l'intensité du courant généré auxdites 5 électrodes. PRESENTATION DE FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente 10 invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés. Figure 1. Une représentation schématique d'un dispositif de mesure électrochimique selon un mode de réalisation de l'invention. 15 Figure 2. Exemple d'un voltammogramme mesuré selon le procédé de l'invention. Figure 3. Exemple des analyses de la capacité antioxydante selon le procédé de l'invention. 20 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention se rapporte à un procédé de détermination de la capacité antioxydante d'un liquide alimentaire au moyen d'un dispositif de mesure électrochimique 10 par voltamétrie. La figure 1 montre un mode de réalisation 25 dudit dispositif illustré de manière schématique. Le dispositif de mesure électrochimique 10 comporte un système de trois électrodes : - une électrode de référence 11, par exemple une électrode Ag/AgCI à double jonction remplie d'une solution de KCI ou KNO3; -une électrode auxiliaire 12 ou contre électrode, par exemple une électrode 30 comportant une mince feuille de platine insérée dans une tige en verre ; - et au moins une électrode de travail 13 à disque tournant. Les trois électrodes sont reliées à un moyen 15, pour imposer une tension définie entre ladite au moins une électrode de travail 13 et l'électrode de référence 6 11, et d'autre part à un dispositif de mesure de l'intensité du courant générée à l'électrode de travail 13. L'électrode de travail est également reliée à un moteur 14 permettant de régler avec précision la vitesse angulaire de rotation du disque tournant de l'électrode, ladite rotation étant réalisé sur son propre axe. Le procédé 5 de détermination de la capacité antioxydante d'un liquide comporte en outre les étapes suivantes : a) placement d'un échantillon liquide en contact simultané de l'ensemble des électrodes 11, 12,13 b) mise en rotation du disque tournant de l'électrode de travail 13 10 c) imposition d'une tension entre ladite au moins une électrode de travail 13 de disque tournant en rotation et ladite électrode de référence 11, et mesure de l'intensité du courant à ladite électrode pour des valeurs de tension différentes, ladite tension variant linéairement dans le temps, et d) détermination, à partir desdites mesures, de l'intensité totale mesurée sur 15 une plage de valeurs de tension pour en déduire la capacité antioxydante dudit liquide. Le procédé utilise ainsi aux étapes c) et d) un voltammogramme linéaire pour mesurer la capacité antioxydante, c'est-à-dire la mesure du flux de courant 20 résultant de l'oxydation des composés dans la solution sous l'effet d'une variation linéaire de potentiel. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, les bornes supérieure et inférieure sont de 1,6 V et de 0 V par rapport à l'électrode de référence. Le procédé de l'invention permet avantageusement l'utilisation d'une électrode de travail unique pour déterminer la capacité antioxydante d'un liquide, 25 tout en conservant des résultats précis pour différents types d'échantillons à mesurer. Dans un mode de réalisation préféré, l'électrode de travail est une électrode de disque d'or de diamètre de 3 mm adapté pour la mesure des réactions 30 d'oxydoréduction de différents types des molécules. L'or est en effet un matériau utilisé dans les surfaces actives des électrodes, car il est considéré comme inerte et résistant à la formation d'oxydes dans l'eau. L'or est ainsi considéré comme un matériau de choix pour des réactions au niveau d'électrodes, ainsi que parfaitement inerte à condition que les agents complexants CN-, Cl- ou BC soient 7 absents dans le milieu. Cependant, lors du développement de la présente invention, la formation d'oxydes d'or a été observée dans l'absence desdits agents complexants, probablement causée par la dissolution de l'or et/ou la formation d'oxydes d'or lors de l'application de potentiels positifs. 5 Afin de pouvoir utiliser une électrode d'or adaptée à l'analyse de liquides de différentes compositions, l'invention propose un procédé comportant une étape d'activation/ et ou de régénération de l'électrode de travail par voltamétrie cyclique permettant d'améliorer la précision des analyses à réaliser. Cette méthode 10 d'activation consiste à effectuer un balayage linéaire de potentiel à vitesse constante à partir du potentiel à intensité nulle jusqu'à une borne supérieure puis le balayage est réalisé en sens inverse jusqu'à une borne inférieure pour ensuite revenir au potentiel de départ. Suite à l'application de plusieurs cycles, il est possible de former des oxydes d'or relativement stables, prévenant ainsi sa 15 formation lors de l'analyse du liquide alimentaire. On utilise au moins 6 cycles et de préférence 10 cycles lors de l'activation et ou régénération de l'électrode. La vitesse de balayage influence également la formation de ces oxydes, l'invention propose donc un taux de balayage de 0,05 V/s (Volts par seconde) lors 20 de l'étape d'activation et/ou régénération permettant d'obtenir une formation moindre de ces oxydes. Suite à la première étape d'activation et /ou régénération, on caractérise et détermine la surface active de l'électrode dans une solution cationique pour 25 ensuite procéder à la mesure analytique de l'échantillon liquide. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comporte les étapes suivantes : 30 1. L'activation et/ou la régénération de l'électrode de travail 13 dans une solution d'acide sulfurique à 0,5 mol.L-1, dans laquelle sont réalisés 10 cycles entre -0,25 et 1,6 V, à une vitesse de balayage de 0,05 V/s permettant d'activer l'or et de préparer la surface de mesure, de manière à réduire les oxydes d'or formés lors de la mesure du vin. 8 2. La caractérisation de la surface de l'électrode de travail est obtenue dans une solution de ferrocyanure de potassium 5 mmolrl et nitrate de potassium 0,1 molrl. Dans cette deuxième étape, le disque de 5 l'électrode de travail est placé en rotation, de préférence à une vitesse de 1000 rpm, et à une vitesse de balayage de 0,006 V/s. 3. La mesure de l'échantillon liquide est réalisée en trempant les surfaces actives des électrodes du dispositif 10 de mesure électrochimique dans 10 le liquide à analyser et l'application d'une variation de tension linéaire entre l'électrode de travail 13 et l'électrode de référence 11, de préférence à une vitesse de balayage de 0,006 V/s. Lors des mesures, l'électrode de travail 13 est placée en rotation de préférence à la même vitesse que lors de la deuxième étape. 15 Entre chacune des trois étapes, un rinçage à l'eau déminéralisée de l'ensemble des électrodes du dispositif 10 de mesure électrochimique, suivi d'un séchage à l'aide de papier fin et absorbant sont systématiquement réalisés. 20 On obtient ainsi un voltamogramme linéaire pour l'échantillon à mesurer, dans lequel on représente l'intensité du courant mesuré en fonction de la variation de potentiel dans le temps. La figure 2 montre un exemple d'un voltamogramme linéaire obtenu pour deux vins identiques, mais qui ont été élevés dans des 25 barriques différentes, une barrique de référence et une barrique prototype. Comme on l'observe sur la figure, le procédé de l'invention permet de différencier les profils électrochimiques d'un même vin élevé en conditions différentes. Il est ainsi montré que la barrique prototype transmet des molécules antioxydantes au vin. 30 Plusieurs analyses sont possibles pour interpréter les résultats des voltamogrammes. Il est possible de calculer : 9 - Une intensité à un potentiel donné, ce qui correspond au nombre de molécules oxydables au cours du temps à un niveau d'énergie donné. Par définition, plus le potentiel (axe des X) est élevé, plus les molécules sont difficilement oxydables. 5 Pour l'analyse des voltamogrammes le potentiel au premier point d'inflexion situé entre 0,1 et 1,1 V (%par rapport à l'électrode de référence), est déduit à partir du maximum de la dérivée des intensités. Ce potentiel correspond alors au potentiel de demi-vague des composés les plus facilement oxydables dans un 10 liquide, il est noté Einflex- - L'intégration de l'intensité du signal sur une plage de potentiels (donc de temps) délimitée par deux potentiels précis, ce qui correspond à une quantité d'électricité. Cette quantité d'électricité est directement liée au nombre de 15 composés oxydables dans le liquide à mesurer : Q=Aire=nFVC (loi de Faraday) Les oxydes d'or sont formés au-delà de 1,2 V et ils sont susceptibles de catalyser l'oxydation de certains composés. Pour vérifier si leur présence 20 n'interfère pas selon le mode de préparation ou selon le type d'échantillon, l'aire sous la courbe est calculée entre 0,1 et 1,1 V. Avantageusement, l'interprétation des données obtenues peut gagner en robustesse avec une comparaison aux bases de données (valeurs moyennes, 25 maximales et minimales) disponibles sur les différentes matrices étudiées. La figure 3 montre un exemple de détermination de la capacité antioxydante selon le procédé de l'invention, ladite capacité antioxydante étant mesurée comme une intensité de courant par cm2 du vin. Plus particulièrement, 30 l'exemple montre les résultats des analyses de la capacité antioxydante de trois vins différents X, Y et Z, chaque vin élevé dans une barrique de référence (montré à gauche en gris foncé), et dans une barrique prototype (montré à droite en gris clair). Comme on l'observe sur la figure, le procédé de l'invention permet de distinguer clairement les différences entre les capacités antioxydantes de chaque 10 type de vin W, Y et Z, ainsi que la variation de ladite capacité antioxydante en fonction des conditions d'élevage des vins. Dans cet exemple, le procédé permet de mesurer la capacité antioxydante qui a été transféré du fût de bois à chaque vin étudié. 5 Le procédé de l'invention est donc utile lors de la caractérisation d'un produit liquide et la maîtrise de réactions d'oxydation. Par exemple la détermination de l'influence des conditions d'élevage sur le profil d'un vin, ainsi que la détermination du bon apport en oxygène pour la maturation dudit vin. 10 Il est possible également d'utiliser cette mesure de la capacité antioxydante d'un liquide comme un indice sur les effets bénéfiques potentiels dudit liquide pour la santé. 15 L'utilisation d'une électrode à disque tournant permet de minimiser les effets de bords induits par la géométrie de l'électrode unique, ainsi que de permettre l'obtention de résultats précis et reproductibles, tout en étant simple à mettre en oeuvre. La rotation de l'électrode permet également l'enregistrement de courants plus faibles et donc une mesure optimisée d'une capacité antioxydante 20 de faible intensité. Le procédé selon l'invention permet également la mesure d'activité antioxydante d'un large spectre de molécules et indépendamment du liquide mesuré. Il est donc possible d'utiliser ce procédé dans la caractérisation de 25 différents types de liquides comme le vin, le jus, les alcools, le thé et d'autres REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de la capacité antioxydante d'un liquide au moyen d'un dispositif de mesure électrochimique (10) comportant une électrode de travail (13) à disque tournant, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure d'un voltamogramme linéaire avec ladite électrode de travail (13) mise en rotation et en contact avec le liquide à mesurer, la capacité antioxydante étant calculée à partir d'une intensité totale mesurée sur une plage de valeurs de tension dudit voltamogramme. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le disque tournant de l'électrode de travail (13) est en or, et dans lequel la capacité antioxydante est calculée à partir du maximum de la dérivée des intensités observées et/ou l'intégration de l'intensité du signal observée, entre une tension appliquée de 0,1 et 1,1 V. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif de mesure électrochimique comporte une électrode de référence (11) et une électrode auxiliaire (12), et dans lequel procédé une variation de tension linéaire est imposée entre ladite au moins une électrode de travail en rotation et l'électrode de référence pour obtenir le voltamogramme linéaire. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'électrode de travail est activée et/ou régénérée par voltamétrie cyclique dans une solution d'acide sulfurique préalablement à la mesure du liquide. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel l'électrode de travail est activée en l'absence de rotation par au moins 6 cycles, et de préférence 10 cycles entre -0,25 et 1,6 V, à une vitesse de balayage de 0,05 V/s. 12 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une caractérisation électrochimique de la surface active de l'électrode de travail est réalisée avec ladite électrode de travail (13) en rotation dans une solution cationique, telle qu'une solution comportant du ferrocyanure de potassium 5 et du nitrate de potassium. 7. Utilisation du procédé de mesure de la capacité antioxydante d'un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour caractériser un liquide alimentaire tel que le vin, le jus de fruit, le thé, le chocolat et/ou les 10 alcools. 8. Dispositif (10) de mesure électrochimique comportant au moins : -une électrode de travail (13) à disque tournant, ladite électrode de travail étant reliée à un moteur (14) permettant de régler une vitesse de rotation ; 15 -une électrode auxiliaire (12) comportant une feuille de platine ; -une électrode de référence (11) à double jonction Ag/AgCI, les électrodes étant reliées d'une part à un moyen (15) permettant d'imposer une tension définie et cyclique entre l'électrode de travail (13) et l'électrode de référence (11) et d'autre part à un dispositif de mesure de l'intensité du courant 20 généré auxdites électrodes (13, 11). 9. Dispositif (10) selon la revendication 5 dans lequel la surface active de ladite électrode de travail (13) comporte un disque tournant en or de 3 mm. 25 3035