Transcript Diapositive 1

THE PROMISE OF BIOACTIVE PACKAGING TO ENSURE
FOOD SAFETY
POTENTIALITÉS DES EMBALLAGES BIOACTIFS POUR
ASSURER LA SÉCURITÉ DES ALIMENTS
Amira Klouj
19 Janvier 2012
Anne-Marie Revol-Junelles
Stéphane Desobry
PLAN





Introduction
Emballages actifs: Définition, Fonctions et Applications
Exemple des films de chitosane
 Généralités sur le chitosane: origine, structure et
composition
 Formulation et caractérisations physico-chimique,
mécanique et microbiologique
Conclusions
Perspectives
2
INTRODUCTION


Conservation des aliments par ajout direct d'agent conservateur
- Diffusion rapide
- Risque de dégradation au cours de l'entreposage
Films et enrobages bioactifs
Polymères synthétiques
- Impact sur l'environnement
- Nécessité de recyclage, d'incinération ou de compostage
Polymères biodégradables
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EMBALLAGES ACTIFS
- Définitions
« Un type d’emballage qui change les conditions de conditionnement pour augmenter la durée de
conservation ou pour assurer la sécurité et les propriétés sensorielles tout en maintenant la
qualité de l’aliment ».
« Un système d’emballage qui possède des caractéristiques en plus des propriétés barrières
basiques, apportées par des ingrédients actifs ajoutés dans le système et/ou en utilisant des
polymères actifs». (Dutta et al.,2009).
- Fonctions
Contrôle de la qualité des aliments
Contrôler les
échanges
Oxygène
Emettre
Vapeur
Inhibiteurs
Absorber
Antimicrobiens
Humidité
Ethylène
Arôme
Oxygène
Ethylène
Emballages
bioactifs
Prévenir les contaminations et/ou la
prolifération microbiennes
Odeurs
Vapeur
d’eau
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EMBALLAGES BIOACTIFS
- Propriétés
Prolonger la durée de conservation d’aliments périssables et assurer leurs innocuités.
 Diffusion des substances actifs vers la matrice alimentaire via un relargage rapide
et/ou contrôlé durant le stockage.

- Atouts d’utilisation de biopolymères
Abondance dans la nature
 Biodégradabilité
 Non toxicité et comestibilité

Polysaccharides
• Cellulose est ses
dérivés
Chitosane
Protéines animales
• Caséine
• Glutène
• Gélatine
Peptides
antimicrobiens
• Nisine
• Divergicine
• Amidon
• Dextrine
• Gommes végétales
Guilbert et al., 1995 / Psomiaddou et al .,1996/ Coma et al., 2001/ Sebti et al., 2002 Navarro-trazaga et al., 2008
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CHITOSANE : ORIGINE, STRUCTURE ET COMPOSITION


Dérivé désacétylé de la chitine
Copolymère linéaire β (1-4) de N-acétyl D-glucosamine et de Dglucosamine
Chitine
n
ChitosaneE
x

6
AVANTAGES D'UTILISATION DU CHITOSANE
- Biodégradabilité
- Biocompatibilité avec les tissus humains
- Non toxicité
- Activités antibactérienne et antifongique
PROPRIÉTÉS FONCTIONNELLES
- Agent chélatant
- Inhibiteur de la métabolisation des graisses « Fat blocker »
- Anti-tumoral...
CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
- Masse moléculaire
- Degré de désacétylation
- Degré de polymérisation
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FACTEURS AFFECTANT LA BIO-ACTIVITÉ DU CHITOSANE
pH
MM
Microorganisme
cible
Chitosane
Gram +/Taille d’inoculum
DA
[C]
8
OBJECTIFS
- Etudier les effets antibactériens de chaque fraction de
chitosane ( en fonction de la masse moléculaire)
- Formuler et caractériser les films à base de chitosane
-Tester l’activité antibactérienne des films formulés
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CARACTÉRISATION PHYSICOCHIMIQUES DES CHITOSANES UTILISÉS
Estimation du poids
moléculaire
Détermination du degré
d’acétylation
Chitosane
D.A (%)
Mw (Da)
Mn (Da)
Mw/Mn
Potentiel
Zêta (mV)
HMW
22,75 ± 0,15
501735
183480
2,74
43,60 ± 4,40
MMW
23,85 ± 0,26
189710
50170
3,78
82,70 ± 4,02
LMW
21,35 ± 0,15
103643
20553
5,04
72,50 ± 3,51
HMW: High molecular weight
MMW: Medium molecular weight
LMW: Low molecular weight
Détermination du potentiel Zêta
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FORMULATION DES FILMS ET DES ENROBAGES
Méthode de “coulée continue” ou casting
Solution d’acide acétique à 1 %
+ la poudre de chitosane
(1%;w/v)
Etape 1
Solubilisation et homogénisation
Etape 2
Filtration
Etape 3
Dégazage
Etape 4
Etalement des solutions filmogènes sur
un support en téflon
Solution d’enrobage ou
de pulvérisation
Boîte de Petri avec
un revêttement en
téflon
Etape 5
Séchage par évaporation
du solvant
Films
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CARACTÉRISATIONS PHYSICO-CHIMIQUE ET MÉCANIQUE DES FILMS
-
Mesure de la perméabilité à la vapeur d’eau
-
Détermination des isothermes de sorption par DVS
-
Analyse des spectres IR par FTIR
-
Détermination des propriétés mécaniques
6 cm
4 cm
2 cm
1 cm
1 cm
2 cm
1 cm
1 cm
12
PH2O (kg..Pa-1. s-1. m-1) * 10-16
RÉSULTATS DE LA PERMÉABILITÉ À LA VAPEUR D’EAU
70
60
50
40
30
0 % Glycerol
20
15 % Glycerol
10
0
LMW
MMW
HMW
Type du film
-Augmentation de la perméabilité à la vapeur d’eau des films en fonction de la masse
moléculaire
Nature hydrophile du bio-polymère
Grande capacité à absorber les molécules d’eau disponibles
- L’ajout du glycérol provoque une diminution de la perméabilité à la vapeur d’eau des
films indépendamment de la masse moléculaire du chitosane utilisé
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PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
Propriétés mécaniques (Module Elastique EM, Allongement à la rupture E, et Force maximale à
la rupture TS) des films de chitosane.
Humidité relative HR (%)
0%
Type du filmA
EM (MPa)
E (%)
50 %
TS (N)
EM (MPa)
E (%)
TS (N)
LMW
8043 ± 1111 2.0 ± 0.6
41.6 ± 7.4
4652 ± 389
19.5 ± 4.4
31.8 ± 8.6
MMW
7119 ± 658
2.9 ± 1.1
37.9 ± 3.5
4903 ± 597
21.1 ± 4.2
28.3 ± 4.1
HMW
7782 ±1801
7.9 ± 2.2
45.3 ± 11.8 5172 ± 690
12.2 ± 3.2
27.5 ± 1.7
LMW + 15 % G
5090 ± 670
3.6 ± 2.1
29.4 ± 6.3
277 ± 72
24.4 ± 2.0
19.5 ± 2.3
MMW + 15 % G 3585 ± 506
18.1± 2.9
26.6 ± 2.1
989 ± 66
46.3 ± 3.1
23.1 ± 2.6
HMW + 15 % G
4.1 ± 0.5
56.3 ± 5.9
4179 ± 812
25.3 ± 5.7
28.3 ± 2.9
9587 ± 321
G: glycerol
A Epaisseur des films: 36 ± 6 µm (3 répétitions ).
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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN
Bactéries pathogènes majeures en industrie alimentaire
Listeria monocytogenes
Escherichia coli
Salmonella enterica
Staphylococcus aureus
Trois méthodes utilisées
Mesure de l’absorbance en
microplaque
Numération bactérienne
Suivie de la croissance
Evaluation du taux de
bactérienne au cours du temps réduction bactérienne après
suite à l’action du chitosane
le traitement au chitosane
Diffusion sur agar
Visualisation de l’effet
antibactérien
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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN
Mesure de l’absorbance en microplaque
Suivie du comportement de E .coli CIP 54-8 traitée par différentes
solutions de chitosane
N0 = 103 ufc/ml
Absorbance à 660 nm
1.4
Témoin de croissance (eau
stérile)
Témoin milieu pH4
1.2
1
COS
0.8
LMW
0.6
HMW
0.4
COS N
0.2
LMW N
0
0
10
Temps (h)
20
30
HMW N
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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN
log de la population
bactérienne
Numération bactérienne
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Ac.acétique 1%
COS 1%
LMW 1%
HMW 1%
Témoin de croissance
0.5 1
2
3
4
5
6
8 20 22
24
Temps (heures)
Effet du traitement par différentes solutions de chitosane sur la croissance
d’ E .coli CIP 54-8
N0 = 103 ufc/ml
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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN
Diffusion sur agar
Effet antibactérien des chitosanes contre Listeria monocytogenes, Staphyloccocus aureus (1, 2
and 3: solutions de HMW, MMW and LMW à pH 6, respectivement; 4, 5, and 6: solutions de
HMW, MMW et LMW à pH 4; 7, 8 and 9: films de HMW, MMW et LMW films).
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CONCLUSIONS
Les films de chitosane formulés ont montré:
 Faibles propriétés barrières à la vapeur d’eau
Augmentation de la PH2O avec la masse moléculaire
Plastification des films améliore la perméabilité à la
vapeur d’eau
 Bonnes propriétés mécaniques
Pas d’effet de la masse moléculaire pour les films non
plastifiés
L’ajout du glycérol modifie les propriétés mécaniques
 Un pouvoir antibactérien
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PERSPECTIVES
- Amélioration des propriétés des films de chitosane par
association avec d’autres molécules (plastifiantes,
antibactériennes, anti-oxydantes).
- Application des emballages à base de chitosane pour
préserver des produits laitiers (fromage) sous forme de
solution de pulvérisation (enrobages) ou sous forme de
films.
- Etude de transfert de matière des groupements bioactifs vers
la matrice alimentaire.