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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
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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 Antimicrobien
s Oxygène
Ethylène
Vapeur d’eau
Odeurs
Arôme Prévenir les contaminations et/ou la prolifération microbiennes 4
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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
• 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
6
n x
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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
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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
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
10
20
30
40
50
60
70
0 % Glycerol15 % Glycerol
Type du film
PH
2O (
kg..P
a-1.
s-1
. m-1
) *
10-1
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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.
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EVALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN
Bactéries 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
1.4
Témoin de croissance (eau stérile)
Témoin milieu pH4
COS
LMW
HMW
COS N
LMW N
HMW NTemps (h)
Ab
so
rba
nce
à 6
60 n
m
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
po
pu
lati
on
ba
c-té
rie
nn
e
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
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
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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.
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Merci pour votre attention