Des chercheurs de Purdue s'attaquent à la fraude alimentaire grâce à une nouvelle technique d'empreintes digitales

03 août 2023

Lorsque vous achetez des produits artisanaux – gruyère suisse, extrait de vanille biologique, prosciutto italien – en avez-vous pour votre argent ? Alors que la fraude alimentaire mondiale est estimée à 40 milliards de dollars par an, c'est une question que les chercheurs de l'Université Purdue s'attaquent avec une technique d'« empreinte digitale » alimentaire suffisamment sensible pour distinguer les aliments fabriqués à partir des mêmes ingrédients, mais dans des endroits différents.

La fraude alimentaire, que la Food and Drug Administration des États-Unis qualifie officiellement de « falsification motivée par des raisons économiques », se produit lorsque les fabricants remplacent un ingrédient moins cher par un ingrédient plus précieux, comme couper de l'huile d'olive avec de l'huile végétale ou du safran avec des tiges de plantes broyées. Il s'agit d'un crime difficile à attraper, car les aliments peuvent être modifiés n'importe où dans la chaîne d'approvisionnement mondiale. Garantir l'authenticité est encore plus difficile lorsque des fournisseurs malhonnêtes échangent simplement un produit similaire contre son homologue plus cher, comme le sel marin de l'Himalaya ou les tomates San Marzano.

"Pensez à la différence entre un jambon fermier du Portugal, vieilli dans une grotte pendant deux ans, et un jambon que vous achetez chez Walmart", a déclaré Bartek Rajwa, professeur-chercheur en sciences informatiques de la vie à l'Université Purdue. "Ils sont tous deux de la viande de porc, les mêmes ingrédients, mais ils ont un goût, une odeur et une texture très différents. Pour les distinguer, nous avons besoin d'un système capable d'analyser quantitativement ces caractéristiques. C'est un grand défi."

Rajwa et son équipe développent un processus en deux parties en attente de brevet pour fournir des informations sur la composition atomique et la structure chimique d'un échantillon alimentaire, suffisamment pour identifier les ingrédients, la préparation et, potentiellement, le point d'origine.

Les résultats publiés d'un test utilisant la première étape comme méthode autonome étaient précis à 99 % pour distinguer l'arôme de vanille factice du véritable extrait de vanille, et à environ 90 % précis pour identifier le fromage européen de marque « Gruyère » par rapport à un fromage de type Gruyère produit dans le Wisconsin. . Plus tôt cette année, Rajwa a présenté le processus plus sophistiqué en deux parties lors de la XVe conférence de la Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers Sensing for Agriculture and Food Quality and Safety.

Rajwa, un expert en techniques d'analyse biologique, est tombé par hasard sur le domaine de l'authentification des aliments dans le cadre de son travail de développement de systèmes permettant de reconnaître la contamination bactérienne des aliments.

"J'ai commencé à assister à des conférences sur la science alimentaire et à écouter les leaders du domaine, et c'est à ce moment-là que j'ai réalisé l'ampleur du problème", a déclaré Rajwa. "Nous parlons d'une énorme entreprise criminelle qui passe presque inaperçue. La plupart du temps, le seul préjudice est que vous payez un supplément et obtenez un produit de qualité inférieure, mais il y a des cas où cela peut causer de graves dommages. "

De nombreuses méthodes de spectroscopie, notamment la spectrométrie de masse, la spectroscopie de fluorescence et la chromatographie liquide, sont utilisées pour identifier les aliments. Cependant, a déclaré Rajwa, aucune des méthodes existantes n'est infaillible et la plupart sont difficiles et coûteuses, laissant une large place à l'innovation dans ce domaine.

Pour relever le défi, J. Paul Robinson et Euiwon Bae, collaborateurs de Rajwa et Purdue, se sont tournés vers la spectrosopie de décomposition induite par laser, une méthode bien développée pour une utilisation en science des matériaux et en métallurgie, mais peu utilisée en science alimentaire. LIBS utilise un laser de haute puissance pour créer un minuscule panache de plasma à la surface d'un échantillon. L'intensité des différentes longueurs d'onde de la lumière émise par le plasma indique le type et la proportion des éléments qui composent les ingrédients de l'échantillon et fournit même des informations précieuses sur sa texture. LIBS crée un spectre numérique unique qui, grâce à une approche d'apprentissage automatique développée par l'équipe de Rajwa pour cette tâche, est transformé en une empreinte digitale qui peut être utilisée pour vérifier l'identité de l'aliment testé.

Dans un article publié dans Foods, l'équipe a testé plusieurs échantillons de fromage de style alpin, de café, d'extrait de vanille, de vinaigre balsamique et d'épices comme la muscade, le poivre et le curcuma. Pour de nombreux aliments, la méthode s’est avérée très précise, même en utilisant un instrument portable LIBS peu coûteux. Mais pour les aliments plus complexes, comme le fromage de style alpin, a déclaré Rajwa, le spectre LIBS n'est pas suffisant.