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-JunellesStéphane Desobry

PLAN

Introduction Emballages actifs: Définition, Fonctions et ApplicationsExemple des films de chitosane

Généralités sur le chitosane: origine, structure et composition

Formulation et caractérisations physico-chimique, mécanique et microbiologique

Conclusions Perspectives

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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

Oxygène

Humidité

Emballages bioactifsEthylène

Contrôler les échanges Emettre Absorber

Vapeur Inhibiteurs Antimicrobiens Oxygène

Ethylène

Vapeur d’eau

Odeurs

Arôme Prévenir les contaminations et/ou la prolifération microbiennes 4

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

• Amidon • Dextrine• Gommes végétales

Protéines animales

• Caséine• Glutène • Gélatine

Peptides antimicrobiens

• Nisine• Divergicine

Guilbert et al., 1995 / Psomiaddou et al .,1996/ Coma et al., 2001/ Sebti et al., 2002 Navarro-trazaga et al., 2008

Chitosane

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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 D-

glucosamine

Chitine ChitosaneE

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n x

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

Chitosane

MM

DA

Micro-organisme

cible

pH

Gram +/-Taille d’inoculum

[C]

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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

SEC-MALLS

FTIR

Zetasizer

Estimation du poids moléculaire

Détermination du degré d’acétylation

Détermination du potentiel Zêta

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 weightMMW: Medium molecular weightLMW: Low molecular weight

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FORMULATION DES FILMS ET DES ENROBAGES

Etape 1Solubilisation et homogénisation

Solution d’acide acétique à 1 % + la poudre de chitosane

(1%;w/v)

Etape 2Filtration

Etape 3 Dégazage

Etape 4Etalement des solutions filmogènes sur

un support en téflon Boîte de Petri avec un revêttement en

téflon

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Méthode de “coulée continue” ou casting

Etape 5 Séchage par évaporation

du solvant

Solution d’enrobage ou de pulvérisation

Films

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

1 cm2 cm

1 cm

4 cm

2 cm

6 cm

1 cm

1 cm

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RÉSULTATS DE LA PERMÉABILITÉ À LA VAPEUR D’EAU

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-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

LMW MMW HMW0

10203040506070

0 % Glycerol15 % Glycerol

Type du film

PH2O

(kg.

.Pa-

1. s

-1. m

-1) *

10

-16

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES

Humidité relative HR (%)

0% 50 %

Type du filmA EM (MPa) E (%) 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

9587 ± 321

4.1 ± 0.5 56.3 ± 5.9

4179 ± 812 25.3 ± 5.7

28.3 ± 2.9

G: glycerol A Epaisseur des films: 36 ± 6 µm (3 répétitions ).

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Propriétés mécaniques (Module Elastique EM, Allongement à la rupture E, et Force maximale à la rupture TS) des films de chitosane.

EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIENBactéries pathogènes majeures en industrie alimentaire

Listeria monocytogenesEscherichia coli

Salmonella entericaStaphylococcus aureus

Mesure de l’absorbance en microplaque

Numération bactérienne Diffusion sur agar

Trois méthodes utilisées

Suivie de la croissance bactérienne au cours du temps suite à l’action du chitosane

Evaluation du taux de réduction bactérienne après le traitement au chitosane

Visualisation de l’effet antibactérien

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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN

Suivie du comportement de E .coli CIP 54-8 traitée par différentes solutions de chitosane

N0 = 103 ufc/ml

0 5 10 15 20 25 300

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Témoin de croissance (eau stérile)Témoin milieu pH4COSLMWHMWCOS NLMW NHMW NTemps (h)

Abs

orba

nce

à 66

0 nm

Mesure de l’absorbance en microplaque

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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN

Numération bactérienne

17

0.5

1 2 3 4 5 6 8 20 22 24

0123456789

10

Ac.acétique 1%COS 1%LMW 1%HMW 1%Témoin de croissance

Temps (heures)log

de la

pop

ulat

ion

bac-

téri

enne

Effet du traitement par différentes solutions de chitosane sur la croissance

d’ E .coli CIP 54-8N0 = 103 ufc/ml

EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN

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).

Diffusion sur agar

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CONCLUSIONS

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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

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.

Merci pour votre attention