Les alkylcyclobutanones (ou 2-alkylcyclobutanones ou 2-ACB) sont de petites molécules organiques issues de la radiolyse des acides gras trouvés dans les tissus adipeux ayant été fortement irradiés par une source radioactive (ou par un rayonnement non-ionisant dans les courtes longueurs d'onde de la lumière UV-C). Ces composés sont dits « radiolytiques », c'est-à-dire qu'ils sont des sous-produits de la dégradation par une forte radioactivité de lipides (radiolyse). Par exemple, une forte irradiation décompose l'acide palmitique des triglycérides en 2-dodécylcyclobutanone (ou 2-dDCB). qui était en 2010 le composé organique ayant été le plus étudié au sein de la famille des 2-alkylcyclobutanones.. Les deux composés les plus communément retrouvés à la suite de la dans les aliments irradiés sont la 2-dodécylcyclobutanone (2-dDCB) et la 2-tétradécylcyclobutanone (2-tDCB). Le type de 2-alkylcyclobutanones retrouvé varie selon le type de triglycéride présent dans le tissu biologique avant son irradiation.
Leur formation est directement liée à la teneur en lipides du tissu biologique irradié, et à la dose d'irradiation ionisante reçue. Ils sont pour cette raison utilisés comme marqueur pour prouver que des aliments ont été irradiés à des fins de stérilisation ou conservation allongée.
Leur toxicité suspectée est discutée en raison de résultats d'études qui sont parfois contradictoires. Mais elle est généralement considérée (par exemple en 2021 selon des chercheurs de l'Institut de recherche énergétique et nucléaire du Brésil) comme acceptable (en termes de génotoxicité notamment) dans les produits irradiés s'ils l'ont été en tenant compte des recommandationsSatim M (1993) Food Irradiation a Guidebook, Technomic Publishing Co.Inc, Lancester, PA en termes d'intensité et de durée de traitement..
Typologie de 2-alkylcyclobutanones selon le type d'acide gras précurseur Les 2-ACB comptent parmi les sous-produits majeurs de la radiolyse des lipides. Leur quantité croît linéairement en fonction, de la dose et/ou durée d'irradiation avec un taux de production d'environ d'acide gras précurseur, et ce quel que soit le type d'irradiation ou quel que soit l'acide gras précurseur. Ces constantes permettent d'estimer la quantité de 2-ACB formée à la suite de l'irradiation d'un aliment.. Remarque : les autres composés radiolytiques apparaissent conjointement sont notamment des hydrocarbones volatils.. Une étude a compté trente-trois composés volatils (hydrocarbures, aldéhydes, cétones) issus de la radiolyse des lipides et augmentant avec la dose d'irradiation, à des degrés divers selon le composé. Parmi les plus importants de ces composés, figurent six molécules : tridécane, 1-tétradécène, tétradécane, 1-pentadécène, pentadécane et 2-DCB qui toutes ont une concentration croissant linéairement en fonction de la dose d'irradiation (cinétique d'ordre zéro, sauf pour le tridécane et le tétradécane issus de l'acide gras tripalmitine caractérisé, lui par un taux de croissance de premier ordre). Selon les tests réalisés par Taghvaei (2021), la formation d'hydrocarbures était plus importante dans la tripalmitine que dans la graisse de poulet (5 fois plus élevé pour le pentadécane), alors que le 2-DCB s'est formé plus rapidement ( plus vite) dans la graisse de poulet que dans la tripalmitine. Les auteurs expliquent ceci par la diversité de la composition naturelle en acides gras de la graisse de poulet par rapport à la structure homogène de la tripalmitine.
+ Type d'alkylcyclobutanone selon le type d'acide gras irradié Acide gras précurseur Nb de carbones Sous-produit issu de l'irradiation Acide caprique C10:0 2-Hexylcyclobutanone (2-HCB) Acide laurique C12:0 2-Octylcyclobutanone (2-OCB) Acide myristique C14:0 2-Décylcyclobutanone (2-DCB) Acide palmitique C16:0 2-Dodécylcyclobutanone (2-dDCB) Acide palmitoléique C16:1 Cis-2-Dodec-5-énylcyclobutanone (2-dDeCB) Acide stéarique C18:0 2-Tétradécylobutanone (2-tDeCB) Acide oléique monoinsaturé C18:1 Cis-2-tétradec-5-énylcyclo- Acide linoléique di-insaturé C18:2 Butanone (2-tDeCB) C18:3 Cis, cis-2-tétradécyl-5,8-
Marqueurs d'irradiation Les molécules de 2-alkylcyclobutanones n'existent pas dans les organismes (vivants ou morts) dans la Nature (une seule étude a signalé certaines 2-alkylcyclobutanones dans des noix de cajou et des noix de muscade fraîches a priori non-irradiées, mais l'EFSA a recommandé de traiter cette donnée avec prudence, tant qu'elle n'aura pas été validée par d'autres travaux expérimentaux. Ces molécules ne sont produites qu'à la suite d'une forte irradiation, et de manière dose-dépendante.
Elles sont donc utilisées par des laboratoires spécialisées comme « signatures » (marqueurs biochimiques) et preuves qu'un organisme ou un aliment (à condition qu'il contienne des lipides) a été fortement irradié (par des rayons gamma en général). En France le laboratoire de référence dans ce domaine est basé à Illkirch. Il travaille pour l'Industrie ainsi que pour le compte de la DGCCRF dans le cadre du contrôle de l'étiquetage des aliments irradiés (étiquetage qui doit informer le consommateur par un texte clair, et éventuellement par un logo, le fait que l'aliments a subi un traitement ionisant. Cet étiquetage vise aussi à renforcer la confiance du consommateur et à garantir son droit de choisir.
Durant plusieurs décennies et jusqu'en 2016, les alkylcyclobutanones semblaient ne pouvoir être produits que par une irradiation forte et très pénétrante (par une source radioactive, de rayons X, un flux ionisant de particules). Mais en 2017, pour la première fois, des chimistes de l'université des sciences et technologies de Hong Kong ont montré qu'en cas d'exposition à une certaine partie du spectre de l'ultraviolet non-ionisant (les courtes longueurs d'onde de l'UV-C), des 2-alkylcyclobutanones sont également générés comme sous-produit dans certains aliments (et également de manière dose-dépendante). ; Ceci a été observé dans des échantillons d'acides gras, de triglycérides, de porc, d'huile de maïs ayant été irradiés aux UV-C.
Les 2-alkylcyclobutanones sont ainsi utilisées pour vérifier, rapidement., que la législation européenne sur les aliments irradiés (reprise par le codex Alimentarius) est appliquée. (irradier des aliments était autorisé dans plus de soixante pays en 2017, par faisceaux d'électrons accélérés, de rayons X ou de rayonnement gamma).. Les méthodes communément utilisées pour ce faire prouvent que l'échantillon a subi une irradiation intense, mais elles ne peuvent précisément indiquer la « dose absorbée » par le produit, ni la durée d'exposition, ni le type précis de source radioactive (cobalt 60 ou césium 137), ni de quand date l'exposition au rayonnement.
Ces molécules sont relativement stables et selon Ndiaye (1989), elles ne semblent pas dépendre de la nature de la matrice alimentaire, mais simplement de sa teneur en lipides. Il a été montré (à partir de 2002) qu'elles peuvent être aussi retrouvés dans l'organisme d'animaux nourris avec ces molécules. (animaux de compagnie y compris)., sans que les conséquences en soient aujourd'hui évaluées.
Certains produits (de nombreux épices par exemple) contiennent peu de matière grasse. On peut rechercher des traces d'irradiation sur les grains de sable qu'on y retrouve (dans le paprika par exemple). Récemment, une alternative analytique au dosage des 2-alkylcyclobutanones été proposée. ; rapide et fiable, elle a expérimentalement permis de déterminer les historiques d'irradiation de bœuf haché et de crevettes., puis de poivre.. Elle utilise la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) pour doser la 5,6-dihydrothymidine] (ou DHdThd) qui est aussi un produit de radiolyse (dont la production est corrélée à celle des 2-alkylcyclobutanones). La préparation de l'échantillon, nécessite une extraction d'ADN puis sa digestion de l'ADN qui reste néanmoins complexe, et du ressort d'un laboratoire spécialisé.
L'apparition de 2-alkylcyclobutanones à la suite d'une irradiation gamma, indique aussi de possibles changements organoleptiques (dans les produits gras) et est un marqueur de changements dans la teneur et composition en acides gras et d'oxydation des lipides. Ceci a été par exemple testé en 2014 pour des saucisses de bœuf cuites et emballées sous vide, expérimentalement irradiées à 2, 4, Gy est le symbole du gray, l'unité SI de dose de rayonnements absorbée, c'est-à-dire l'énergie déposée dans l'échantillon par unité de masse par un rayonnement ionisant (kGy désigne ). puis conservées à . Les analyses d'acides gras faites à 0 et , ainsi que l'évaluation de l'oxydation des lipides après 0, 1, 2, 3 et de stockage ont montré une chute des teneurs en acide oléique et en acide linoléique, encore intensifiée durant la période de stockage. Par contre le taux d'acide élaïdique a augmenté aux doses les plus importantes () qui ont nettement intensifié le phénomène d'oxydation des lipides (dans ce cas mesuré par le dosage des substances réactives à l'acide thiobarbiturique).. Ceci explique le gout de rance pris par les viandes grasses exposées à des irradiations trop intenses. On a montré (en 2012) que l'irradiation gamma de produits gras augmente aussi la teneur totale en acides gras trans. ; par contre ce taux diminue pour une irradiation extrêmement très intense (). Le taux d'acides gras trans n'est donc pas un marqueur aussi utile que les alkylcyclobutanones.
Origines biochimiques des alkylcyclobutanones (leurs molécules-mères) Quand un flux de rayonnement ionisant traverse des tissus vivant, . Les principaux produits radiolytiques signalés sont certains hydrocarbures et 2-alkylcyclobutanones produits à partir des principaux acides gras présents dans les aliments, outre certains oxydes de cholestérol et furanes qui sont également produits par certains modes de cuisson..
Les alkylcyclobutanones sont des molécules à chaîne latérale alkyle saturée et monoinsaturée dérivant des triglycérides et notamment de l'acide palmitique. Cet acide gras saturé tire son nom de celui de l'huile de palme, qui en contient beaucoup. Il est aussi dénommé acide cétylique ou acide hexadécanoïque, et c'est l'acide gras saturé le plus commun dans les aliments d'origine animale et animale..
Chez l'animal (humain y compris), cet acide palmitique est connu pour les dommages oxydatifs qu'il cause à l'ADN (cassure des brins d'ADN qui lui confère un caractère mutagène) ; au moins in vitro, il est source de nécrose et d'apoptose chez les cellules humaines et animales. L'excès d'acides gras dans la nourriture est connu pour accroître le risque de cancer du côlon.
Contexte historique et évolution des connaissances Éléments de contexte Les aliments étaient autrefois stérilisés et/ou conservés par la chaleur, le séchage, le salage, ou l'exposition à des produits chimiques. Peu après la découverte des rayons X, on étudie la possibilité d'utiliser des rayonnements ionisants pour tuer des parasites, inhiber de la germination et allonger le temps de conservation d'aliments.