Emballages Alimentaires et nanotechnologie

Question 1

Buts et contraintes des emballages alimentaires.

Answer 1

• But : conservation de longue durée, maintien de qualité, informations alimentaires
• Contraintes: Conciliation durée, facteurs scientifiques/technologiques, coût, qualité d’aliment, aspect visuel

Question 2

Expliquez la différence entre la protection passive et active.

Answer 2

• 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

Question 3

Quelles sont les trois dimensions qualitatives qui sont visées par l’emballage alimentaire?

Answer 3

• 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)

Question 4

Nommez les 6 facteurs environnementaux qui influencent la vitesse de réactions d’altérations.

Answer 4

• 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

Question 5

Précisez le rôle de l’emballage.

Answer 5

• Maintenir les procédés appliqués aux aliments dans le but de prolonger leur conservation.

Question 6

Nommez le principal risque quant aux emballages alimentaires et l’impact (2) possible de ce dernier.

Answer 6

• Risque de migration emballage vers aliment = Contamination
• Contaminants toxiques : plomb, étain, chlorure de vinyle, monomères de plastiques
• Altération des propriétés organoleptiques

Question 7

La protection mécanique est propre à la protection active ou passive?

Quels sont les potentiels dangers qu’on cherche à éviter (3)

Answer 7

PASSIVE.

o Contre les bris : manutention, stockage
o Écoulements : liquides, emballage percé, bouchon faible
o Insectes : percer l’emballage, introduction

Question 8

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.

Answer 8

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

Question 9

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.

Answer 9

o Fuites d’arômes
o Déshydratation du produit
o Fuites de gaz nécessaires à la conservation

Question 10

La protection passive prévient aussi les transfert d’énergie.
Quels types d’énergie (2)?

Answer 10

Énergie rayonnant et chaleur

Question 11

Quels sont les risques d’un transfert d’énergie rayonnante? (2)
Quel type d’emballage peut prévenir ce problème?

Answer 11

 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

Question 12

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)

Answer 12

• Transport, manutention, pannes d’appareils de stockage
 Emballage : isolant
 Emballage conductible de chaleur pour les boites à stérilisation discontinue

Question 13

Nommez deux moyens de l’emballage passif de prévenir les contaminations de microorganismes.

Answer 13

 Barrière physique

 Limiter les échanges gazeux favorables au développement

Question 14

Globalement, quels sont les 4 rôles de l’emballage passif?

Answer 14

• Protection mécanique
• Protection contre le transfert de matière
• Protection contre le transfert d’énergie
• Protection contre les micros

Question 15

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?

Answer 15

• 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.

Question 16

Donnez deux exemples de protection passive donné par le prof.

Answer 16

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

Question 17

Protection active (intellgente) : expliquez le principe de base la différant de la protection active.

Answer 17

• 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

Question 18

En nm, la taille des bactéries varie entre quelles valeurs? Et pour un virus?

Answer 18

• Bactéries : 100 et 10 000 nm

* 10 nm = virus entre 20 et 300 nm

Question 19

Nommez les buts (4) de l’encapsulation nanotechnolgique d’un nutriment/substance.

Answer 19

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.

Question 20

Énumérez le principe et les avantages du liposome dans l’encapsulation.

Answer 20

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.

Question 21

Nommez les trois améliorations qu’apporte la nanotechnologie au niveau de l’emballage.

Answer 21

Renforcement des propriétés de barrière,
Antimicrobiennes,
Résistance à la chaleur

Question 22

Nommez les 3 applications de la nanotechnologie en emballages.

Answer 22

propriétés de barrière améliorée, emballage actif, emballage intelligent

Question 23

Quels sont les nanocomposites utilisés dans l’amélioration de la propriété de barrière?
Quels sont leurs avantages dans la matrice de plastique?

Answer 23

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

Question 24

Par quel principe les phylosilicates compliquent t-ils la diffusion des molécules gazeuses?

Answer 24

• Phylosilicates : forme un parcours irrégulié/moins accessible pour les molécules diffusibles
o Parcours plus long (irrégulier), barrière plus forte

Question 25

Au niveau des microcomposites d’argiles, résumez les caractéristiques de la structure tactoide.

Answer 25

o Structure tactoide : particule allongée, apparaît sous forme d’aiguille sous un microscope polarisant

Question 26

Nommez les deux types d’assemblage de l’argile dans l’emballage.

Answer 26

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

Question 27

Différenciez les assemblages de nanocomposites intercalés et exfoliés.
Lequel est optimal pour l’intéraction argile/polymère?

Answer 27

• 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

Question 28

PAUSE MENTALE : Exemples d’application de nanocomposites d’argile.

Answer 28

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

Question 29

Quel est le principe de nanotechnologie dans les emballages actifs?

Answer 29

• 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

Question 30

Nanocomposites antimicrobiens : quel est le but?

Answer 30

• Inactivation ou inhibition microbienne : améliore sécurité et durée de vie

Question 31

Quels sont les deux types populaires de nanocomposites antimocrobiens?

Answer 31

• Types populaires : nanotubes de carbone, nanoparticules de métaux (argent, dioxyde de titane)

Question 32

Nanocomposites antimicrobiens : Expliquez les caractéristique et le mécanismes de fonctionnement des nanoparticules d’argent.

Answer 32

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.

Question 33

Nanocomposites antimicrobiens : Expliquez les caractéristique et le mécanismes de fonctionnement des nanoparticules de TiO2 (dioxyde de titane)

Answer 33

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

Question 34

Emballage intelligent : expliquez le principe général.

Answer 34

• 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

Question 35

Les nanocapteurs intelligents : énumérez les substances provoquant un réponse de ces composés.

Answer 35

Changements environnementaux :
humidité, O2, T°

Réponse à la dégradation microbienne

Détection de composés chimiques, d’agents pathogènes, de toxines.

Question 36

Quels sont les avantages des nanocapteurs et de l’emballage intelligent?

Answer 36

• 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

Question 37

Quel est le mécanisme des nanocpateurs dans le cas des gaz de dégradation alimentaire?

Answer 37

• 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

Question 38

PAUSE MENTALE : réglementation des nanotechnologies et l’acceptation des consommateurs.

Answer 38

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

Question 39

Bionanocomposites naturels : quel problème commun des emballages modernes demandent une solution comme les bio emballages?

Answer 39

Problématique
• Emballages dérive du pétrole : stables, dégradation longue (100 ans), produits de dégradation nuisibles, affectent la santé humaine et l’environnement

Question 40

Que sont des bio emballages?

Quel est leur problème et la voie approchée pour régler ce dernier?

Answer 40

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

Question 41

Quelle est la définition d’un matériau biodégradable?

Answer 41

• Matériau biodégradable : totalement dégradable par micros/enzymes, relâchant des composés naturels (CO2, O2, méthane, H)

Question 42

À partir de quels composés sont souvent fait les pellicules de polymères naturels?

Quels sont leurs avantages et inconvénients?

Answer 42

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)

Question 43

Les pellicules de polysaccharides sont faites à partir, en autres, d’amidon.
Quel est le principe derrière cette molécule en tant qu’emballage.

Answer 43

• 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

Question 44

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Cellulose

Answer 44

o Cellulose : fibres étirées et rigides, faisceaux insolubles

Question 45

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Chitine

Answer 45

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

Question 46

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Chitosane

Answer 46

 Polysaccharide obtenu par désacétylation de la chitine
 Biodégradable, bioadhésif, bactériostatique, fongistatique
 Introduction des propriété souhaitées par sa modification chimique/conjugaison avec d’autres polymères

Question 47

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Alginate

Answer 47

 Provenance d’algues brunes

Question 48

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Carragnénane

Answer 48

 Galactoses souvent estérifiés aves des sulfates de Mg, Ca, Na
 Pont oxygène entre galactoses
 Grandes variétés, provient d’algues rouges

Question 49

Les polysaccharides utilisés pour les pellicules de polysaccharides :
Quels sont les principales caractéristiques de
Pectine

Answer 49

 Faiblement ramifié, possibilité de ponts calciques avec carboxylates

Question 50

Pellicules de protéines

Donnez le principe et les avantages de la structure.

Answer 50

• 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

Question 51

Donnez des exemples de protéines utilisées pour les pellicules de protéines.

Answer 51

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

Question 52

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)

Answer 52

• 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

Question 53

Modification des propriétés de biopellicules :

L’ajout de plasitifiant, quel est le principe, les caractéristiques et le potentiel d’amélioration?

Answer 53

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

Question 54

Modification des propriétés de biopellicules :

L’ajout d’argile, quel est son rôle et potentiel d’amélioration?

Answer 54

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

Question 55

Quel est la problématique d’ajout d’additifs antimicrobiens sur le caractère biodégradable des emballages?

Answer 55

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!

Question 56

PAUSE MENTALE : enjeux d’avenir

Answer 56

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.