Anne-Marie Revol-Junelles 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

Emballages actifs: Définition, Fonctions et Applications 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

Conservation des aliments par ajout direct d'agent conservateur 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 3

EMBALLAGES ACTIFS - Définitions - Fonctions « 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 Emettre Absorber Oxygène Vapeur Inhibiteurs Antimicrobiens Oxygène Humidité Ethylène Emballages bioactifs Odeurs Ethylène Vapeur d’eau Arôme Prévenir les contaminations et/ou la prolifération microbiennes 4

Peptides antimicrobiens 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 Chitosane 5 Guilbert et al., 1995 / Psomiaddou et al .,1996/ Coma et al., 2001/ Sebti et al., 2002 Navarro-trazaga et al., 2008

Chitosane : origine, structure et composition Dérivé désacétylé de la chitine Copolymère linéaire β (1-4) de N-acétyl D-glucosamine et de D- glucosamine n x Chitine ChitosaneE 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 7

Facteurs affectant la Bio-activité du chitosane MM DA Micro-organisme cible Chitosane pH Gram +/- Taille d’inoculum [C]

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 9

Caractérisation physicochimiques des chitosanes utilisés FTIR SEC-MALLS 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 Zetasizer Détermination du potentiel Zêta HMW: High molecular weight MMW: Medium molecular weight LMW: Low molecular weight 10

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 Solution d’enrobage ou de pulvérisation Etape 4 Etalement des solutions filmogènes sur un support en téflon Boîte de Petri avec un revêttement en téflon Etape 5 Séchage par évaporation du solvant 11 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 6 cm 1 cm 1 cm 2 cm 4 cm 12

Résultats de la perméabilité à la vapeur d’eau -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 13

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% 50 % Type du filmA 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 ). 14

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 Diffusion sur agar 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 15

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 16

Evaluation du pouvoir antibactérien Numération bactérienne Effet du traitement par différentes solutions de chitosane sur la croissance d’ E .coli CIP 54-8 N0 = 103 ufc/ml 17

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). 18

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

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