Metabolomics for the authentication of natural extracts used in flavour and fragrances

Certains extraits naturels sont très rares et onéreux. La tentation est alors forte pour les producteurs de matières premières ou intermédiaires d’avoir recours à des adultérations. Le mélange avec des extraits issus d’origines botaniques apparentées, d’origines géographiques différentes, l’ajout d’un composé synthétique présent dans l’extrait naturel ou d’un autre extrait végétal, l’utilisation de produits phytosanitaires réglementés, la mise en place de procédés d’extractions non standardisés, en sont quelques exemples. Ces différences de qualité sont de plus en plus difficilement décelables. Cette thèse a pour objet de mettre au point une méthodologie rapide, efficace et non ciblée. Une approche métabolomique en UHPLC-HRMS est développée pour identifier ces défauts ou pratiques frauduleuses pour les absolues destinées au secteur arômes et parfums. Cette mise en évidence est réalisée par la détection de métabolites marqueurs. Les absolues présentent un défi particulier : entre 50 et 95 % de l’extrait peut être constitué de composés non volatils, rarement décrits dans la littérature. La recherche d’authenticité de ces extraits est alors plus complexe que dans le cas d’un extrait volatil tel qu’une huile essentielle, dont la composition peut être plus facilement déterminée par des techniques analytiques éprouvées et l’utilisation de bases de données. Deux plantes emblématiques de la parfumerie ont été étudiées : la violette (Viola odorata) et la rose (Rosa damascena et Rosa centifolia). Des marqueurs d’origine géographique ont été identifiés dans le cas de la violette, et des marqueurs d’origine botanique dans le cas de la rose.Some natural extracts are very scarce and expensive. The temptation is therefore very high for producers or brokers to resort to adulterations. Mixing of extracts from related botanical origins, from different geographical origins, addition of synthetic compounds with natural occurrence in the extract, or addition of another vegetal extract, use of phytosanitary products, non-standardized extraction processes, are some examples. The quality differences are more and more difficult to detect. The objective of this PhD study was to develop a fast, efficient and non-targeted methodology. Metabolomics approach in UHPLC-HRMS was developped to identify defects or fraudulent practices in absolutes used in flavour and fragrances. These identifications are realized by the detection of chemical markers. Absolutes are a great challenge: between 50 and 95 % of the extracts consist of non-volatile compounds; moreover these products are seldom described in literature. The quest for validation for authenticity is then much more complex than in cases of volatile extracts such as essential oils, whose composition can be more easily determined by robust analytical instruments and numerous databases. Two symbolic plants used in perfumery were studied: viola (Viola odorata) and rose (Rosa damascena and Rosa centifolia). Markers of French origin were identified for viola, and markers of R. centifolia were identified for rose. Their characterizations were nevertheless the fundamental limit for this technique being at trace level in the extract. This work demonstrated the performance and limitation of the non-targeted metabolomics approach on absolutes, which are specialties of perfumery