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Les emballages actifs

Lan TIGHZERT

Groupe de Recherche En Sciences Pour l’Ingénieur /Matériaux Fonctionnels (GRESPI / MF)

École Supérieure d’Ingénieurs de Reims (ESIReims)lan.tighzert@univ-reims.fr

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Plan

• Emballages actifs

– Utilisation d’agents actifs

– Emballages sous atmosphère modifiée et contrôlée

• Marché actuel des emballages actifs

• Perspectives

• Conclusion

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Matériaux interactifs

• Matériaux actifs : Action sur le produit– Absorbeurs d’O2, d’éthylène,…– Émetteurs d’éthanol, de CO2,…– Agents antibactériens et/ou antioxydants

• Matériaux intelligents : Information sur le produit– Logistique, traçabilité– Indicateurs Temps –Température (TTI)– Indicateurs de fraîcheur, de fuite,…

Emballages actifs : Quatre approches• Matériaux possédant des propriétés antimicrobiennes: chitosane,

bambou,…- Nombre très limité

• Accessoires : sachets, étiquettes,…- Quelques inconvénients : confusion, décollage,…

• Incorporation des agents actifs dans le film : extrusion, co-extrusion, revêtement,…

- Solution idéale, mais certaines contraintes techniques

• Greffage des groupements spécifiques actifs sur le film polymère d’emballage

- Opération longue et complexe

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Elaboration d’emballages actifs

• Incorporation des agents actifs dans les polymères- Procédés de mise-en-œuvre (extrusion, injection) : Température

élevée, cisaillement fort

• Incorporation dans le revêtement : procédé sol-gel(SiOx), protéines (petit-lait, soja,…)- Procédés « doux » : basse T, sans contrainte mécanique

• Piégeage et diffusion contrôlée des agents actifs par : - Microencapsulation ou encapsulation- Polymères réticulés

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Emballages actifs : absorbeurs

• Absorbeurs d’O2: Acide ascorbique (vitamine C), poudre de fer, enzymes

• Absorbeurs d’éthylène : KMnO4, zéolites, argiles

• Absorbeurs d’humidité : CaO, montmorillonite, gel de silice

• Absorbeurs de CO2 : Ca(OH)2, MgO, charbon de bois activé

• Absorbeurs de H2S : zéolites

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Emballages actifs : émetteurs

• Emballages antibactériens : - Éthanol : Ethicap, Negamold (Japon)

- Triclosan (Ciba)

- Zéolites Ag+ ou Cu2+ : Zeomic, Bactekiller (Japon)

- SO2 : anhydride sulfureux, sulfites

- ClO2 : sels de chlorure encapsulés

- CO2 : gaz soluble, absorbé par certains produits alimentaires. Acide ascorbique/bicarbonate de Na

- Acides organiques : Acide sorbique (E200) et sorbates de Na (E201), de K (E202) et de Ca (E203)

Agents antimicrobiens ou antioxydants• Huiles essentielles sont connues comme inhibitrices des

microorganismes (moisissures, levures, bactéries)• Aldéhydes :

- Aldéhyde cinnamique dans la cannelle : antibactérien- Citronellal dans la citronnelle : insecticide

• Composés phénoliques : fongicides, antioxydants, antibactériens– Eugénol dans les clous de girofle

– α-Tocophérol (vitamine E) dans les huiles végétales• Terpènes : antioxydants

– Menthol dans la menthe– Eucalyptol dans l’eucalyptus

• Exemple : Mélange cannelle-clou de girofle inhibe la croissance de moisissures, levures et bactéries

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Agents antimicrobiens ou antioxydants

• Vapeur d’éthanol (~0,5%) empêche toute croissance bactérienne

• Ag+ réagit avec les groupes thiol des enzymes

• Vapeur d’isothiocyanate d’allyle (moutarde) : réduction de E.coli dans les beefsteaks hachés

• Bactériocines : peptides antibactériens (nisine) utilisés pour les jambons cuits

• Lysozyme (enzyme) endommage la paroi cellulaire des bactéries

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Emballages antimicrobiens

• Hydroxy propyl méthyl cellulose contenant la nisine

• Alginates contenant de l’acide acétique ou l’acide lactique

• Poly(L-lysine) – Cu2+ : efficacité élevée contre E. coliet S. aureus

• Caséine (barrière O2, H2O, graisse et arômes) contenant 1% d’huiles essentielles- origan : antibactérien

- piment : antioxydant

- mélange de cannelle et clous de girofle : antibactérien et antifongique

Emballages antimicrobiens

• Chitosane– Co-produit de l’industrie des fruits de mer– Propriétés fongistatiques et bactériostatiques– Structure polycationique -NH3

+ réagit avec la surface anionique des bactéries conduisant à la rupture de leur membrane

– Greffage de chitosane sur d’autres polymères– Mélange de chitosane avec d’autres polymères– Couchage du papier avec le chitosane

• Cellulose du bambou– Bactériostatique– Anti-odeur

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Emballages actifs : MAP et EMAP

• Emballages actifs avec l’atmosphère modifiée et contrôlée au sein de l’emballage

• Deux types :– Emballages hermétiques remplis d’un mélange gazeux spécial :

MAP (Modified Atmosphere Packaging)– Emballages perméables à air conditionné et contrôlé EMAP

(Equilibrium Modified Atmosphere Packaging)

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Emballages actifs : MAP et EMAP

• Années 90 : Mélanges de O2, N2 et CO2

• Oxygène O2 :– Conserve de la couleur rouge des viandes fraîches, – Empêche la prolifération des organismes anaérobies– Permet aux végétaux frais de continuer à respirer et évite la

fermentation

• Azote N2 :– Antioxydant pour les pigments, vitamines, arômes et acides gras

• Dioxyde de carbone CO2 :– Bactériostatique et fongistatique– Efficacité à des concentrations > 20% dans l’atmosphère.

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Emballages actifs : MAP

• Emballages hermétiques contenant un mélange d’O2, N2 et CO2

- Ce mélange gazeux freine considérablement l’activitémicrobienne– Exemple : viande fraîche reste rouge et devient mauve sous vide

• Composition du mélange gazeux dépend du produit conditionné : viande, poisson, fromages, plats cuisinés…– Poisson maigre : 30% O2, 40% N2 et 30% CO2

– Poisson gras : 70% N2 et 30% CO2

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Emballages actifs : EMAP

• EMAP conditionne l’air sous un film perméable– Film avec de petites perforations permettant de réguler la

perméabilité à l’air– Air à l’intérieur de l’emballage (mélange d’O2, N2 et CO2) est

adapté au produit

• Fruits et légumes demeurent physiologiquement actifs après leur récolte– Respirer : ingérer l’oxygène– Transpirer : dégager de la vapeur d’eau et de la chaleur– Flux de gaz régulé par des petites perforations

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Marché actuel d’ emballages actifs

• Agents actifs dans les sachets, bouchons et fermetures scellées

• Agents actifs dans les plastiques monocouches- Poudre de fer

• Sachets Minigrip® (Flexico) efficaces contre les bactéries (listéria, staphylocoque…) et les champignons, moisissures et levures (aspergilles, candidose…), mais pas aptes au contact alimentaire

Marché actuel d’emballages actifs

• Absorbeurs d’O2 : sachets, capsules– « Ageless » : Mitsubishi– « Fresh Pax », « Fresh Max » : Multiform– « Atco » : Standa

• Absorbeurs d’O2 : poudre de Fe dans les plastiques monocouches– Amcor polyester (Canada)– Amoco Amosorb (BP Chemical)– Monosorb PET (Graham Packaging)– Bouteille plastique de bière (Aldi)

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Marché actuel d’emballages actifs

• Absorbeurs d’amines, aldéhydes, mercaptan, H2S– Anico Bag (Anico Co Ldt)– Bynel IXP 101 (DuPont Polymers)– Minipax-Strippax (Multisorb Technologies)

• Absorbeurs / émetteurs de CO2

– Freshilizer (Toppan Printing Co, Japan)– VerifraisTM Package (Codimer, France)

• Absorbeurs d’éthylène– NeupalonTM (Sekisui Jushi Ldt)– Green Pack de Rengo

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Marché actuel d’emballages actifs

• Emballage répulsif d’insectes– Microcapsules contenant le hinokidiol (additif alimentaire, extrait

de l’huile de sève et du cyprès du Japon)

– Efficacité pendant 6 mois

– Sans altérer le goût des aliments

• Blisters anti-humidité– Formpack® Dessicant : Complexe OPA/Alu/sous-

couche/PE/absorbeur/PE

• Film chitosane (Japon)19

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Emballages actifs

Atco : absorbeur d’oxygène Source : http://www.standa-fr.com/

Emballages actifs

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FreshPax (Multisorb)

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Emballages actifs

Film imperméable conserve la chaleur et deux grilles actives rendenten cuisson un effet doré

Source : http://corrugated.smurfitkappa.fr

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Emballages actifs

Atmosphère contrôlée et couvercle absorbeur d’O2

http://www.lesplastiques.com/gabarit_page.asp?r=1042

Molécules polaires s’échappent del’emballage et celles apolaires restentbloquées à l’intérieurhttp://www.osmofilm.com

Perspectives

• Améliorer la conservation des aliments– Matériaux barrière à l’O2 et/ou à l’H2O– Matériaux actifs

• Emballages actifs– Remplacer les accessoires (sachets, étiquettes,…)– Incorporer d’agents actifs dans le matériau d’emballage

• Procédés dépendant de leur stabilité thermique

• Contrôler leur diffusion, donc leur efficacité

• Inconvénients : interactions contenant – contenu, odeur,…

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Perspectives

Polymères

Nanoargiles lamellaires :- Absorber les UV- Empêcher l’invasiondes micro-organismes

NanoTiO2 : UVNanoCaCO3: retardateur de

flammeAgents antimicrobiens, …

Nanocomposites- Matériaux barrière- Matériaux actifs

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Perspectives

Huiles essentielles,lysozyme, nisine,…

Microcapsules :Arôme, parfum, colorant,répulsif d’insectes,…

Revêtement hybridepar procédé sol-gel

Matériaux barrière et actifs

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Conclusion

Matériaux barrière

Nanocomposites :Polymère-nanocharges

Polymères avec revêtementhybride organique-inorganique

Agents actifsNanoadditifs

Matériaux barrièreet actifs

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