Développement de nouvelles méthodes pour quantifier le relargage aérien et direct de composés organiques volatils depuis des films alimentaires biodégradables contenant des huiles essentielles

Abstract

Les emballages plastiques traditionnels, bien que très pratiques, présentent des problèmes liés entre autre à leur courte durée d’utilisation et à la pollution qu’ils engendrent. En réponse à cela, des emballages biodégradables se développent peu à peu; ces derniers permettent d’écarter le problème de la pollution. Parmi ces emballages biodégradables, on retrouve ceux dits « actifs », qui permettent une amélioration de la conservation du produit. Ce travail s’intéresse à la conception d’emballages biodégradables actifs ainsi qu’à l’étude des cinétiques de relargage des composés organiques volatils qu’ils renferment. Le premier objectif a été l’élaboration et l’amélioration de films alimentaires biodégradables contenant de l'huile essentielle. Les polymères servant à réaliser le film sont le chitosan et la gélatine, et l’huile essentielle employée est celle de cannelle (Cinnamomum verum J. Presl). L’huile essentielle a été incluse avec succès dans des nanocapsules de zéine d’un diamètre de 353,4 nm avant d’être incorporée au mélange formant les films. La composition initiale du film a été revue pour substituer l’acide permettant la dissolution du chitosan: l’acide acétique a été écarté pour l’odeur dérangeante qu'il procurait au film au profit de l’acide tartrique. Le film a conservé de très bonnes propriétés mécaniques, n’a plus dégagé d’odeur indésirable et s’est opacifié. Le second objectif de ce travail a été la mise au point de techniques permettant d’étudier la migration aérienne et directe des composés organiques volatils présents dans l’huile essentielle intégrée aux films. Le trans-cinnamaldéhyde (TCN) a été choisi comme composé de l’huile essentielle de cannelle pour la quantification. Pour l’étude de migration aérienne, un dispositif de dynamic headspace avec unité de désorption thermique (DHS-TDU) lié à un appareil de chromatographie en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse (GC-MS) ont été employés sur des flacons contenant le film conçu. La méthode développée a présenté les avantages d’être très sensible et entièrement automatisée. Pour l’étude de migration directe, les films réalisés ont été placés au contact de morceaux de viande de porc avant d’être gardés au réfrigérateur pour une durée allant de un à trois jours. Ensuite, des tranches ont été coupées dans l’épaisseur de la viande avant d'être broyées dans de l’azote liquide et de subir une extraction par ultrasons dans l’hexane. L’analyse de l’hexane par GC-MS a permis de quantifier la teneur en TCN de la viande ainsi que sa progression dans l’épaisseur. Les résultats pour la migration aérienne montrent que la teneur en maximale TCN obtenue a été de 13,16 ng/mL après trois jours d’incubation, ce qui n’est pas suffisant pour inhiber le développement de micro-organismes tels que E. Coli ou S. Aureus par fumigation sur un produit alimentaire. Pour la migration de contact, la concentration la plus haute en TCN obtenue a été de 2,62 µg/g pour le premier millimètre d’un morceau de viande resté durant trois jours au contact du film. Cette concentration n’est pas non plus suffisante pour inhiber le développement des pathogènes susmentionnés dans la viande. Les méthodes développées dans le cadre de ce travail sont prometteuses, mais le produit fini sur lequel elles ont été appliquées nécessite encore du développement avant de constituer un emballage « actif » à proprement parler.

Traditional plastic packagings, though very useful, exhibit problems because of their short lifespan and the pollution they induce. In response to this, biodegradable packagings are being developed more and more; they allow the removal of the pollution problem. Among these biodegradable packagings, we find the ones qualified as « active », which allow a better preservation of the product. This work focuses on the design of active biodegradable packaging as well as the release kinetics study of the organic volatile compounds they contain. The first objective has been the elaboration and improvement of biodegradable films containing essential oils. The polymers used to build the film were chitosan and gelatin, and the chosen essential oil was cinnamon (Cinnamomum verum J. Presl). The essentiel oil has been successfully trapped in zein nanocapsules presenting a diameter of 353,4 nm before being incorporated in the mix forming the films. The initial composition of the film has been revised to substitute the acid allowing the dissolution of the chitosan: acetic acid has been discarded for its unpleasant odor for the benefit of tartaric acid. The film kept great mechanical properties, didn’t release any undesirable odor and became more opaque. The second objective of this work has been the development of techniques to study the aerial and direct migration of organic volatile compounds present in the essential oil incorporated in the films. Trans-cinnamaldehyde (TCN) has been chosen as the quantifying compound from the cinnamon essential oil. Regarding the aerial migration, a dynamic headspace device with a thermal desorption unit (DHS-TDU) linked to a gas chromatography device coupled with a mass spectrometer (GC-MS) have been used on vials containing the film. The method exhibited the advantages of being very sensitive and entirely automatized. Regarding the direct migration, films were placed in contact with chunks of pork meat before going to the refrigerator for a duration of one to three days. Afterwards, slices have been cut in the thickness of the meat then ground in liquid nitrogen before undergoing an ultrasonic extraction in hexane. The solvent analysis through GC-MS allowed the quantification of the TCN content of the meat as well as its progression in depth. The results concerning the aerial migration show that the highest TCN concentration of 13,16 ng/mL has been attained after a three days incubation period, which is not sufficient to inhibit the development of micro-organisms such as E. coli or S. Aureus by fumigation on a food product. Regarding the direct migration, the highest TCN content, which is 2,62 µg/g, has been attained in the first millimeter of a meat chunk which stayed in contact with the film for a three days period. This TCN content is not sufficient to inhibit the development of the above-mentioned pathogens in meat either. The methods developed in this work are promising, but the final product on which they have been tested still requires some development before being considered an « active » packaging properly speaking.