23 novembre 2015

Qualité

Les leviers pour limiter la synthèse de nitrosamines spécifiques du tabac

Les nitrosamines spécifiques du tabac (TSNA) sont des molécules toxiques que l’on retrouve dans la fumée de cigarette. Leur synthèse est sous la dépendance de précurseurs : les alcaloïdes, formés dans les feuilles au champ, et les oxydes d’azote, responsables de la nitrosation des alcaloïdes au cours du séchage.
Tous les facteurs contribuant à limiter la production de ces précurseurs sont de nature à réduire les teneurs en TSNA dans les tabacs. Tour d’horizon des leviers possibles.

Sommaire :

Différents types de nitrosamines
Processus de fabrication par nitrosation des alcaloïdes
Cartographie de la plante
Facteurs déterminants dans la formation TSNA


La famille des nitrosamines regroupe des substances issues de la réaction entre des amines et des formes dérivées de nitrites. Plus de 200 nitrosamines ont été identifiées. Ces substances peuvent être retrouvées dans l’eau, les boissons, les produits alimentaires, les cosmétiques, …., le tabac et la fumée de cigarette. 90 % de ces nitrosamines sont cancérigènes chez les animaux et chez l’homme.

Différents types de nitrosamines

Huit nitrosamines sont caractéristiques du tabac. On les appelle Nitrosamines Spécifiques du Tabac ou Tobacco Specific NitrosAmines (T.S.N.A.) en anglais. Sept d’entre elles ont été analysées dans la fumée de cigarette. Les quatre principales sont :

• 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK),
• N-nitrosonornicotine (NNN),
• N-nitrosoanatabine (NAT),
• N-nitrosoanabasine (NAB).

Les nitrosamines formées dépendent des alcaloïdes présents initialement dans la feuille de tabac (figure 1)


Figure 1 : alcaloïdes présents dans la feuille de tabac


En règle générale, la NNK caractérise les tabacs flue-cured, la NNN les air-cured.


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Processus de fabrication par nitrosation des alcaloïdes

Le tabac vert ne contient pas de TSNA, celles-ci se forment au cours du séchage par nitrosation des alcaloïdes.

Ce processus (figure 2) suppose que les éléments primaires soient disponibles et mobiles, c’est-à-dire non enfermés dans les vacuoles des cellules de la plante. Le phénomène n’est donc possible qu’à partir du moment où les parois cellulaires sont rompues, les molécules sont alors libérées. Ces conditions sont réunies lors de la dessiccation.

Dans le cas des tabacs flue-cured, les oxydes d’azote, issus des gaz de combustion des brûleurs, sont les agents nitrosants essentiels. Ces oxydes s’associent directement avec les radicaux aminés des alcaloïdes, notamment en phase de fixation.



Dans le cas des tabacs air-cured, ce même processus est possible mais il ne représente pas la voie principale de synthèse des TSNA. La quantité de gaz de combustion est beaucoup plus faible, voire inexistante. En revanche, à la fin du jaunissement et au début du brunissement, des bactéries prolifèrent dans cet environnement riche en éléments nutritifs, riche en eau et à température convenable pour les microorganismes.
Ces bactéries contiennent des enzymes (nitrates réductases et nitrites réductases) qui réduisent les nitrates absorbés par la plante durant sa croissance, en nitrites puis en oxydes d’azote. Ces agents nitrosants se combinent alors aux radicaux aminés des alcaloïdes pour former des nitrosamines.


Figure 2 : Processus de synthèse des TSNA
(nitrosation des alcaloïdes)


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Cartographie de la plante

Cartographie des TSNA dans la feuille de Burley

Les figures 3 et 4 schématisent la répartition des TSNA ou des certains précurseurs dans la feuille de tabac.


Figure 3 : Répartition des TSNA dans la feuille de Burley


Figure 4 : Distribution des TSNA dans la feuille

Cartographie des nitrites dans la feuille de Burley


Figure 5 : Cartographie des nitrites dans la feuille de Burley


La distribution des nitrites et des TSNA est identique. Les nitrosamines se situent là où se trouvent les précurseurs.


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Facteurs déterminants dans la formation TSNA

Tous les facteurs contribuant à limiter la production des précurseurs (oxydes d’azote et alcaloïdes) ou à empêcher leur combinaison (durée, conditions de température et d’hygrométrie…) sont de nature à réduire les teneurs en TSNA dans les tabacs.

Facteurs génétiques (variétés)

Les taux d’alcaloïdes conditionnent une part de la synthèse des TSNA. Ainsi, les variétés à faible potentiel en alcaloïdes auront un moindre potentiel en TSNA.

La nornicotine est l’alcaloïde le plus prédisposé au processus de nitrosation. La conversion de la nicotine en nornicotine est la voie de synthèse essentielle de cette substance. Ce potentiel de conversion est subordonné à deux gènes. Les variétés à faible potentiel de conversion sont donc à privilégier.

Ex : en Burley, l’ITB 2204 est à faible potentiel en nornicotine alors que le B 217 est à fort potentiel.

Techniques de production

Les itinéraires techniques favorables à l’augmentation des teneurs en alcaloïdes, et/ou à un allongement du cycle de séchage, sont à éviter. Citons en des exemples :
• fertilisation azotée excessive,
• sur-maturité,
• écimage bas et/ou écimage précoce,
• etc...

Techniques de dessiccation et conditions de séchage

Séchage flue-cured :
La formation d’oxydes d’azote lors de la combustion du gaz ou du fioul est un des facteurs essentiels à maîtriser. Ainsi, toutes les techniques visant à réduire la quantité de NOx et leur dissémination dans la masse de tabac seront les bienvenues. A titre d’exemple :
• échangeurs de chaleur évitant le contact entre les gaz de combustion et le tabac,
• réglages du brûleur, vérifications de la qualité de la combustion…

Séchage air-cured :
Les techniques permettant de limiter les conditions favorables au développement des micro-organismes responsables de la réduction des nitrates sont à privilégier. Exemples :
• raccourcir le cycle de séchage, notamment la période fin jaunissement – début brunissement où l’activité microbienne est intense en raison de la teneur en eau et en éléments nutritifs des tissus,
• éviter des conditions de température et d’hygrométrie trop élevées dans le séchoir, pendant cette même phase.

A noter que la littérature mentionne d’autres procédés de dessiccation, non développés dans nos régions. On peut citer l’exemple du procédé STAR cure. Ce procédé breveté consiste à équiper des séchoirs pour les transformer en une sorte de "micro-onde". Le séchage s'effectue normalement en jaunissement ; dès le début de phase de brunissement, on effectue un "micro-ondage" momentané qui détruit les bactéries transformatrices des nitrates en nitrites et des nitrites en nitrosamines, puis le séchage reprend normalement.

Stockage et conservation

La synthèse ou l’apport de précurseurs se produit principalement au champ (en ce qui concerne les alcaloïdes) et au séchoir (pour ce qui est des oxydes d’azote). Une fois ces molécules présentes, le facteur temps est une composante non négligeable dans le sens où la durée de mise en contact possible entre les éléments primaires aura une incidence sur les teneurs finales. Ainsi, on a pu observer, notamment dans des poudres de tabac (favorisant la mise en contact des précurseurs) une augmentation rapide des teneurs. Les conditions de conservation de ces tabacs en poudre sont primordiales. La température a un rôle essentiel. La congélation des échantillons permet de maintenir les niveaux de TSNA à leur niveau initial, alors qu’à température ambiante, les évolutions sont rapides.

De même, des essais menés sur la conservation des balles de tabac des planteurs ont mis en évidence une certaine augmentation des niveaux de TSNA dans les feuilles au cours du stockage des balles, notamment en conditions humides. Toutefois, ces constatations ne sont pas systématiques (cf. observations réalisées sur tabacs conditionnés en cartons). On peut imaginer que cela dépend du niveau en éléments précurseurs et des conditions de stockage.

Transformation

Des études réalisées sur le "process" de première transformation de l’usine de Sarlat ont montré une augmentation parfois conséquente du niveau de TSNA dans les tabacs sortant de la chaine de traitement. Ce résultat pourrait être expliqué par un phénomène de sublimation :
- dans le processus de synthèse des TSNA décrit auparavant, l’obtention d’agents nitrosants (nitrites, oxydes d’azote) peut être un facteur limitant. L’action des bactéries dans le cas des air-cured et les gaz issus des brûleurs dans le cas des tabacs flue-cured ne permettent pas de générer suffisamment d’agents nitrosants pour se combiner au potentiel en agents aminés.
- dans des conditions extrêmes (température élevée dans le ressécheur, et plus encore dans le sécheur côtes), les nitrates pourraient être réduits en nitrites automatiquement, sans passer par un agent bactérien ou gaz de combustion. Ces agents nitrosants auraient alors la liberté de s’associer aux radicaux aminés disponibles.

En résumé…

Le processus de synthèse de TSNA suppose que 3 conditions soient réunies :

• Présence d’agents aminés, notamment sous la forme alcaloïde (en particulier nornicotine).
• Présence d’agents nitrosants (oxydes d’azotes).
• Environnement favorable à la combinaison des précurseurs (cellules ouvertes, durée de contact...).

La maîtrise des teneurs en TSNA passe par la maîtrise complète d’au moins une de ces conditions.

Pour éviter la formation des TSNA :
- choisir des variétés à faible potentiel de conversion et à faible potentiel alcaloïdes,
- adapter l’itinéraire technique pour réduire les teneurs en alcaloïdes,
- trouver (en séchage flue-cured) des systèmes empêchant aux gaz de combustion d’être en contact avec les feuilles de tabac,
- raccourcir (en séchage air-cured) le cycle de séchage, notamment en début de brunissement.


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