Emballages Alimentaires et nanotechnologie Flashcards
Buts et contraintes des emballages alimentaires.
- But : conservation de longue durée, maintien de qualité, informations alimentaires
- Contraintes: Conciliation durée, facteurs scientifiques/technologiques, coût, qualité d’aliment, aspect visuel
Expliquez la différence entre la protection passive et active.
- Passive : barrière physique contre les facteurs d’altération (O2, humidité, etc)
- Active : réaction avec l’environnement du produit. Exemple : sachet avec soupape, permet l’évacuation des gaz du café torréfié
Quelles sont les trois dimensions qualitatives qui sont visées par l’emballage alimentaire?
• Qualité hygiénique
o Salubrité de l’aliment!
o Contaminants à doses acceptables (dose admissible journalière)
• Qualité nutritionnelle
o Aspect quantitatif : énergie chimique (nutriments) mesurable par calorimétrie, perte d’énergie par consommation compétitive (peste)
o Aspect qualitatif : aa, ag, vitamines besoins du consommateur
• Qualité sensorielle
o Propriétés organoleptiques : craquements, couleur, odeur
o Sensible à la conservation, donc à l’emballage : si inadéquat goûts désagréables (moisi, fermenté, rance), consistances modifiées (dur, liquide)
Nommez les 6 facteurs environnementaux qui influencent la vitesse de réactions d’altérations.
• Temps
o Durée maximale de conservation, indiquée sur l’emballage
• T° et chaleur
o Énergie disponible, augmentation de l’agitation moléculaire, hausse de l’énergie cinétique, chocs entre molécules, bris/reformation de liens
o Réactions chimiques
o États physiques : émulsions, gels, liquides/solides, cristallin, amorphe
o Emballage : directives d’entreposage à respecter
• Hygroscopicité
o Courbe de sorption
o À l’équilibre thermodynamique, mesure de la relation entre la teneur en eau et l’Aw
o Importance de l’humidité
• pH
o Influence les activités enzymatiques et la prolifération microbienne
o Acide est favorable à la conservation
• Teneur en O2 et gaz carbonique
o Composition de l’atmosphère en équilibre avec l’aliment
o Nature du métabolisme (aérobie/anaérobie) des micros
o Intensité de l’oxydation non/enzymatique
• Contrainte mécanique
o Pression, chocs, contraintes diverses, déformation, écrasement, bris
o Défaut du produit = freine la vente
Précisez le rôle de l’emballage.
• Maintenir les procédés appliqués aux aliments dans le but de prolonger leur conservation.
Nommez le principal risque quant aux emballages alimentaires et l’impact (2) possible de ce dernier.
- Risque de migration emballage vers aliment = Contamination
- Contaminants toxiques : plomb, étain, chlorure de vinyle, monomères de plastiques
- Altération des propriétés organoleptiques
La protection mécanique est propre à la protection active ou passive?
Quels sont les potentiels dangers qu’on cherche à éviter (3)
PASSIVE.
o Contre les bris : manutention, stockage
o Écoulements : liquides, emballage percé, bouchon faible
o Insectes : percer l’emballage, introduction
La protection passive prend sert à prévenir le transfert de matière (liquides et gaz).
Expliquez ce à quoi un barrage de l’extérieur vers l’intérieur sert.
o Risques de moisissures, bactéries aérobies
o Croissance de moisissures inhibée par la diminution d’Aw
o Oxydation, rancissement
o Altération de texture
o Exposition aux substances altérant l’organoleptique
La protection passive prend sert à prévenir le transfert de matière (liquides et gaz).
Expliquez ce à quoi un barrage de l’intérieur vers l’extérieur sert.
o Fuites d’arômes
o Déshydratation du produit
o Fuites de gaz nécessaires à la conservation
La protection passive prévient aussi les transfert d’énergie.
Quels types d’énergie (2)?
Énergie rayonnant et chaleur
Quels sont les risques d’un transfert d’énergie rayonnante? (2)
Quel type d’emballage peut prévenir ce problème?
Produits sensibles à la lumière (visible, IR, UV)
Réactions photochimiques : altération de couleur, perte de vit A et C
Emballage : photo-protecteur
• Filtration des longueurs d’ondes néfastes, visuel du produit quand même
• Bloquer tout lumière sinon
• Yogourt, jus, huiles
Quels sont les milieux/événements (3) propices au transferts de chaleur (pensez au bris de la chaîne de froid!)
Quels emballages préviennent ce problème? (2)
• Transport, manutention, pannes d’appareils de stockage
Emballage : isolant
Emballage conductible de chaleur pour les boites à stérilisation discontinue
Nommez deux moyens de l’emballage passif de prévenir les contaminations de microorganismes.
Barrière physique
Limiter les échanges gazeux favorables au développement
Globalement, quels sont les 4 rôles de l’emballage passif?
- Protection mécanique
- Protection contre le transfert de matière
- Protection contre le transfert d’énergie
- Protection contre les micros
Quelles sont les 4 catégories d’aliments lorsqu’ils sont classés selon leur stérilité?
Pour chaque, quels sont les points importants quant à leur emballage?
• Produits non stériles
o Peu altérable car produits secs / agents de conservation
o Emballage prévient contamination excessive ou pathos
• Produits à flore spécifiée
o Éviter la contamination de germe étrangers pouvant substituer la flore originelle
o Fromages, yogourts, saucissons
• Produits non stériles à hygiène rigoureuse requise
o Viandes, poissons, légumes
o Éviter pathos ou altération
• Produits stériles
o Lait stérilisé
o Emballage étanche, supporte les conditions de stérilisation, adaptés aux conditionnement aseptique.
Donnez deux exemples de protection passive donné par le prof.
Exemple : appertisation
• Bocaux en verre, boites de conserves : étanche aux liquides, gaz, micros
• Résistance au traitements thermiques, dilatation et contraction de l’atmosphère sans causer de bris
o Rôle du couvercle déformable
Exemple : conditionnement aseptique
• Liquides (lait, jus) surtout
• Produit stérilisé dans un emballage stérile
• Récipient
o Film complexes de carton souple
o Film plastique, directement formés, soudés et stérilisés pour être remplis et fermés
o Plastique extrudé à haute T° et immédiatement remplis/scellés
Protection active (intellgente) : expliquez le principe de base la différant de la protection active.
• Emballages à constituants qui libèrent/absorbent des substances dans les denrées/environnement
Voici quelques exemples.
o Protection des huiles contre la photo oxydation UV
Verre ombré
Verre absorbant les rayons UV
o Protection contre l’oxydation
Emballage à acide ascorbique (antioxydant)
o Réduction d’humidité et d’aw
Emballage à gel de silice qui absorbe la vapeur d’eau
En nm, la taille des bactéries varie entre quelles valeurs? Et pour un virus?
- Bactéries : 100 et 10 000 nm
* 10 nm = virus entre 20 et 300 nm
Nommez les buts (4) de l’encapsulation nanotechnolgique d’un nutriment/substance.
o Usage pour éviter que l’ajout d’un ingrédient compromette la qualité du produit final
Fer et oxydation des lipides!
o Améliorer la VN sans impact sur l’organoleptique
Fer vs goût métallique
o Masquer les saveurs désagréables.
ET prolonger la durée de conservation et stabilité, qualité du produit.
Énumérez le principe et les avantages du liposome dans l’encapsulation.
o Liposome : vésicule bicouche sphérique obtenue par dispersion de lipides polaires en solvants aqueux
Stable face à chimie et enzymes
Capacité d’action comme véhicule de livraison
Délivre arômes et nutriments dans les aliments
Profil de capacité antimicrobienne
NOTE : Techniques avec matrices de : sucres, amidons, protéines, fibres synthétiques, dextrines, alginates, liposomes également.
Nommez les trois améliorations qu’apporte la nanotechnologie au niveau de l’emballage.
Renforcement des propriétés de barrière,
Antimicrobiennes,
Résistance à la chaleur
Nommez les 3 applications de la nanotechnologie en emballages.
propriétés de barrière améliorée, emballage actif, emballage intelligent
Quels sont les nanocomposites utilisés dans l’amélioration de la propriété de barrière?
Quels sont leurs avantages dans la matrice de plastique?
Nanocomposites polymère-argiles
• Argiles et silicates dans la matrice de plastique
o Inorganique et disponibles, faible coût, amélioration significative, incorporation est simple
NOTE : silicates stratifiés, couches bidimensionnelles, 1 nm d’épaisseur X microns en extension
Par quel principe les phylosilicates compliquent t-ils la diffusion des molécules gazeuses?
• Phylosilicates : forme un parcours irrégulié/moins accessible pour les molécules diffusibles
o Parcours plus long (irrégulier), barrière plus forte
Au niveau des microcomposites d’argiles, résumez les caractéristiques de la structure tactoide.
o Structure tactoide : particule allongée, apparaît sous forme d’aiguille sous un microscope polarisant
Nommez les deux types d’assemblage de l’argile dans l’emballage.
o Agglomération de l’argile dans la matrice : matériau aura de faibles propriétés macroscopiques
o Interaction entre phylosilicates et chaînes polymères : 2 types idéals de matériaux nanocomposites = Intercalés ou exfoliés
Différenciez les assemblages de nanocomposites intercalés et exfoliés.
Lequel est optimal pour l’intéraction argile/polymère?
• Nanocomposite intercalé : pénétration des polymères dans la couche intermédiaire de l’argile
o Structure multicouche avec alternance de couches polymère / matière organique à distance répétée de quelques nanomètres
• Nanocomposite exfoliés : pénétration importante de polymère, des couches d’argile délaminées et dispersées aléatoirement dans la matrice
o Optimal : meilleure intéraction argile / polymère
PAUSE MENTALE : Exemples d’application de nanocomposites d’argile.
o Ajout de 5% d’arigle dans un amidon thermoplastique TPS : props mécaniques amélioré, moins perméable à la vapeur d’eau
o Ajout de bentonite dans une matrice d’acide polylactique PLA : résistance améliorée, capacité d’étirement diminuée
Bentonite : argile colloidale essentiellement consyituté de montmorillonite (MMT)
o Ajout d’argile, de chitosane, de MMT dans un polyéthylène de basse densité : résistance améliore, capacité d’étirement diminuée
Polyoside composé de distribution aléatoire de D-glucosamine liée
o Ajout de MMT dans du poly-epsilon-caprolactone : meilleure résistance mais changement de l’étirement
Quel est le principe de nanotechnologie dans les emballages actifs?
• Emballage permettant des changements de structures et de son état
o Incorporation de substances qui seront libérées, ou absorbées entre l’environnement et le produit : O2, microbes, éthylène, CO2 absorbé, CO2 émis
• Améliore la préservation, la sécurité, la qualité, la durée de vie
Nanocomposites antimicrobiens : quel est le but?
• Inactivation ou inhibition microbienne : améliore sécurité et durée de vie
Quels sont les deux types populaires de nanocomposites antimocrobiens?
• Types populaires : nanotubes de carbone, nanoparticules de métaux (argent, dioxyde de titane)
Nanocomposites antimicrobiens : Expliquez les caractéristique et le mécanismes de fonctionnement des nanoparticules d’argent.
o Toxicité efficace contre nombreux micros
o Stable à haute T°
o Faiblement volatile
o Mécanismes : adhérence en surface cellulaire, dégradation des lipopolysaccharides, formation de cavités membranaires = perméabilité de membrane augmentée, Ag+ endommage l’ADN.
Nanocomposites antimicrobiens : Expliquez les caractéristique et le mécanismes de fonctionnement des nanoparticules de TiO2 (dioxyde de titane)
o Pellicule enduite de poudre TiO2 : E.coli diminue
o Combinaison Ag et TiO2 : inactivation de bactéries par photocatalyse
o Nanocomposite de PVC et Ag/TiO2 : bactéricide
Emballage intelligent : expliquez le principe général.
- Fournissant de l’information sur le produit
* Détecte des changements de l’environnement externe et interne du produit dans le but d’avertir le consommateur
Les nanocapteurs intelligents : énumérez les substances provoquant un réponse de ces composés.
Changements environnementaux :
humidité, O2, T°
Réponse à la dégradation microbienne
Détection de composés chimiques, d’agents pathogènes, de toxines.
Quels sont les avantages des nanocapteurs et de l’emballage intelligent?
- Avantage : information en temps réel, détection rapide à haut débit, simplicité, faible coût, recyclable
- Exemple : nanocapteur informant sur la constance de la T° sera plus précis lors de la qualification de la salubrité du produite, éliminerait la nécessité d’une date d’expiration
Quel est le mécanisme des nanocpateurs dans le cas des gaz de dégradation alimentaire?
• Métabolisme des micros produit des gaz identifiables
o Le gaz modifie la résistance, provoque un changement de couleur du capteur de particules conductrices dans la matrice
o EXEMPLE : Langue électronique (par Kraft Foods) : nanocapteurs sensibles aux gaz libéré par le produit, changement de couleur lors de détérioration
PAUSE MENTALE : réglementation des nanotechnologies et l’acceptation des consommateurs.
Réglementaire :
• Union européenne : niveaux spécifiques sur les migrations de nanocomposés, qu’ils soient en contact direct ou non avec l’aliment
• FDA : doivent passer les tests standards de sécurité
• Éviter les risques de migration emballage-aliment-ingestion
Acceptation des consommateurs
• Selon la perception et la réaction face aux informations
• Union européenne : positifs mais sceptiques
• USA : dumb ass qui savent rien, mais convaincu que c’est bénéfique
Bionanocomposites naturels : quel problème commun des emballages modernes demandent une solution comme les bio emballages?
Problématique
• Emballages dérive du pétrole : stables, dégradation longue (100 ans), produits de dégradation nuisibles, affectent la santé humaine et l’environnement
Que sont des bio emballages?
Quel est leur problème et la voie approchée pour régler ce dernier?
Définition :
• Emballages de sources renouvelables, compostables
• Composés de polysaccharides (amidon, cellulose), protéines (soya, gélatine), polyesters (PHA)
Problématique :
• Emballages non satisfaisants
• Ajout d’additifs : meilleure résistance à la traction, absorption d’eau, morphologie
o Antibactériens, antiviraux, antioxydants
Quelle est la définition d’un matériau biodégradable?
• Matériau biodégradable : totalement dégradable par micros/enzymes, relâchant des composés naturels (CO2, O2, méthane, H)
À partir de quels composés sont souvent fait les pellicules de polymères naturels?
Quels sont leurs avantages et inconvénients?
Naturels
• Protéines et polysaccharides
Avantages/inconvénients
• + : barrière efficace contre les gaz, faible coût
• - : perméabilité trop élevée à la vapeur d’eau (caractère hydrophile des polymères)
Les pellicules de polysaccharides sont faites à partir, en autres, d’amidon.
Quel est le principe derrière cette molécule en tant qu’emballage.
• AMIDON
o Avantage de l’amylose et l’amylopectine
o Variation selon la source d’amidon : proportions amylose/amylopectine
o Amélioration en remplaçant -OH par des groupes esters/éther (amidons modifiés)
o Amylose : principe de base des emballages = Orientation parallèle en solution, faible affinité de l’eau, pellicules opaques et moins cassantes
o Amylopectine : principal problème, faible barrière aux gaz et vapeur d’eau, fribales
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Cellulose
o Cellulose : fibres étirées et rigides, faisceaux insolubles
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Chitine
o Chitine : faisceaux insolubles, oxygène du NAc chargé négativement (polyanion), liaison de cations = rigidité et force
Second polymère le plus abondant dans la nature
Carapace de crustacés, insectes, champignons
Bactériostatique et fongistatique
Insoluble dans l’eau et solvants organiques : utilisation limitée
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Chitosane
Polysaccharide obtenu par désacétylation de la chitine
Biodégradable, bioadhésif, bactériostatique, fongistatique
Introduction des propriété souhaitées par sa modification chimique/conjugaison avec d’autres polymères
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Alginate
Provenance d’algues brunes
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Carragnénane
Galactoses souvent estérifiés aves des sulfates de Mg, Ca, Na
Pont oxygène entre galactoses
Grandes variétés, provient d’algues rouges
Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Pectine
Faiblement ramifié, possibilité de ponts calciques avec carboxylates
Pellicules de protéines
Donnez le principe et les avantages de la structure.
• Protéines : polymères d’acides aminés, structures complexes, selon structure primaire : activités et propriétés particulières
• Polymères d’emballage : structure permet
o Interactions non covalentes entre chaines acides aminés
Stabilité
o Interaction avec autres molécules
Amélioration des propriétés de pellicules
Donnez des exemples de protéines utilisées pour les pellicules de protéines.
Exemple :
Fèves de soya
o Bonnes propriétés adhésives lorsqu’utilisé en pellicules biodégradables
o Végétales : zéine, blé, gluten
o Animales : collagène, gélatine, caséine, lactosérum
EXEMPLE :
Zéine : acides aminés non polaires
o Hydrophobe : pellicules dures, transparents, stables à l’humidité et chaleur
Les intéractions polysaccharides-protéines :
Le contrôle de cette interaction permet quoi? (3)
Quels liens chimiques sont en jeux ici? (3)
Les propriétés dépendent de quels facteurs? (3)
- Contrôle de structure, texture et de stabilité
- Liens H, électrostatiques, hydrophobes
• Propriétés dépendent de
o Ratio polysaccharides / protéines
o Propriétés des polymères
o Conditions de solution génératrice : pH, force ionique, concentration totale
Modification des propriétés de biopellicules :
L’ajout de plasitifiant, quel est le principe, les caractéristiques et le potentiel d’amélioration?
Plastifiants
• Composés ajoutés, modifiant les capacités physiques et mécaniques
• Monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, polyols (glycérol, sorbitol)
• Choix selon la compatibilité polymère/solvant
• Exemple : ajout aux biopellicules de protéines et polysaccharides
o Corrige leur faible élasticité et fragilité
o Corrige la perméabilité aux gaz par densification
Modification des propriétés de biopellicules :
L’ajout d’argile, quel est son rôle et potentiel d’amélioration?
Argile
• Matière de remplissage
EXEMPLE IMPORTANT
Ajout de < 5% de MMT
o Améliore : propriétés des pellicules thermoplastiques d’amidon, augmente la T° de décomposition, résistance à la traction et l’allongement, diminue la diffusion de vapeur d’eau
Quel est la problématique d’ajout d’additifs antimicrobiens sur le caractère biodégradable des emballages?
Nanocomposites avec additifs augmentent la résistance mécanique, chimique et biologique des emballages, donc ils sonts plus difficiles à dégrader par les microorganismes naturels.
Environnement : peut être dangereux pour les microbes (additifs antimicrobiens), processus de biodégradabilité par microbes peut se trouver compromis!
PAUSE MENTALE : enjeux d’avenir
Meilleurs choix de matrices polymères, meilleure connaissance des interactions prots et polysaccharides, meilleurs connaissances des plastifiants = améliorent le côté mécanique mais nuisent à la barrière.
