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T HE PROMISE OF BIOACTIVE PACKAGING TO ENSURE FOOD SAFETY P OTENTIALITÉS DES EMBALLAGES BIOACTIFS POUR ASSURER LA SÉCURITÉ DES ALIMENTS Amira Klouj 19.

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1 T HE PROMISE OF BIOACTIVE PACKAGING TO ENSURE FOOD SAFETY P OTENTIALITÉS DES EMBALLAGES BIOACTIFS POUR ASSURER LA SÉCURITÉ DES ALIMENTS Amira Klouj 19 Janvier 2012 Anne-Marie Revol-Junelles Stéphane Desobry

2 P LAN 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

3 I NTRODUCTION 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 3

4 EMBALLAGES ACTIFS - Définitions « Un type demballage 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 laliment ». « Un système demballage 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 bioactifs Ethylène Contrôler les échanges Emettre Absorber Vapeur Inhibiteurs Antimicrobiens Oxygène Ethylène Vapeur deau Odeurs Arôme Prévenir les contaminations et/ou la prolifération microbiennes 4

5 E MBALLAGES B IOACTIFS - Propriétés Prolonger la durée de conservation daliments périssables et assurer leurs innocuités. Diffusion des substances actifs vers la matrice alimentaire via un relargage rapide et/ou contrôlé durant le stockage. - Atouts dutilisation 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 5

6 C HITOSANE : ORIGINE, STRUCTURE ET COMPOSITION Dérivé désacétylé de la chitine Copolymère linéaire β (1-4) de N-acétyl D-glucosamine et de D- glucosamine Chitine Chitosane E 6 n x

7 A VANTAGES D ' UTILISATION DU CHITOSANE - Biodégradabilité - Biocompatibilité avec les tissus humains - Non toxicité - Activités antibactérienne et antifongique P ROPRIÉTÉS FONCTIONNELLES - Agent chélatant - Inhibiteur de la métabolisation des graisses « Fat blocker » - Anti-tumoral... C ARACTÉRISTIQUES PHYSICO - CHIMIQUES - Masse moléculaire - Degré de désacétylation - Degré de polymérisation 7

8 F ACTEURS AFFECTANT LA B IO - ACTIVITÉ DU CHITOSANE Chitosane MM DA Micro- organisme cible pH Gram +/- Taille dinoculum [C] 8

9 O BJECTIFS - 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 lactivité antibactérienne des films formulés 9

10 C ARACTÉRISATION PHYSICOCHIMIQUES DES CHITOSANES UTILISÉS Estimation du poids moléculaire Détermination du degré dacétylation Détermination du potentiel Zêta ChitosaneD.A (%) Mw (Da)Mn (Da) Mw/MnPotentiel Zêta (mV) HMW22,75 ± 0, ,7443,60 ± 4,40 MMW23,85 ± 0, ,7882,70 ± 4,02 LMW21,35 ± 0, ,0472,50 ± 3,51 HMW: High molecular weight MMW: Medium molecular weight LMW: Low molecular weight 10

11 F ORMULATION DES FILMS ET DES ENROBAGES Etape 1 Solubilisation et homogénisation Solution dacide acétique à 1 % + la poudre de chitosane (1%;w/v) Etape 2 Filtration Etape 3 Dégazage Etape 4 Etalement des solutions filmogènes sur un support en téflon Boîte de Petri avec un revêttement en téflon 11 Méthode de coulée continue ou casting Etape 5 Séchage par évaporation du solvant Solution denrobage ou de pulvérisation Films

12 C ARACTÉRISATIONS PHYSICO - CHIMIQUE ET MÉCANIQUE DES FILMS - Mesure de la perméabilité à la vapeur deau - Détermination des isothermes de sorption par DVS - Analyse des spectres IR par FTIR - Détermination des propriétés mécaniques 1 cm 2 cm 1 cm 4 cm 2 cm 6 cm 1 cm 12

13 R ÉSULTATS DE LA PERMÉABILITÉ À LA VAPEUR D EAU 13 -Augmentation de la perméabilité à la vapeur deau des films en fonction de la masse moléculaire Nature hydrophile du bio-polymère Grande capacité à absorber les molécules deau disponibles - Lajout du glycérol provoque une diminution de la perméabilité à la vapeur deau des films indépendamment de la masse moléculaire du chitosane utilisé

14 P ROPRIÉTÉS MÉCANIQUES G: glycerol A Epaisseur des films: 36 ± 6 µ m (3 répétitions ). 14 Propriétés mécaniques (Module Elastique EM, Allongement à la rupture E, et Force maximale à la rupture TS) des films de chitosane.

15 E VALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN Bactéries pathogènes majeures en industrie alimentaire Listeria monocytogenes Escherichia coli Salmonella enterica Staphylococcus aureus Mesure de labsorbance en microplaque Numération bactérienne Diffusion sur agar Trois méthodes utilisées Suivie de la croissance bactérienne au cours du temps suite à laction du chitosane Evaluation du taux de réduction bactérienne après le traitement au chitosane Visualisation de leffet antibactérien 15

16 E VALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN Suivie du comportement de E.coli CIP 54-8 traitée par différentes solutions de chitosane N 0 = 10 3 ufc/ml Mesure de labsorbance en microplaque 16

17 E VALUATION DU POUVOIR ANTIBACTÉRIEN Numération bactérienne 17 Effet du traitement par différentes solutions de chitosane sur la croissance d E.coli CIP 54-8 N 0 = 10 3 ufc/ml

18 E VALUATION 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 18

19 C ONCLUSIONS 19 Les films de chitosane formulés ont montré: Faibles propriétés barrières à la vapeur deau Augmentation de la P H2O avec la masse moléculaire Plastification des films améliore la perméabilité à la vapeur deau Bonnes propriétés mécaniques Pas deffet de la masse moléculaire pour les films non plastifiés Lajout du glycérol modifie les propriétés mécaniques Un pouvoir antibactérien

20 P ERSPECTIVES - Amélioration des propriétés des films de chitosane par association avec dautres 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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