Prédiction de la conformité des matériaux d'emballage par intégration de méthodes de déformulation et de modélisation du coefficient de partage

Prediction of the compliance of packaging materials using deformulation methods and partition coefficients modelling

• Auteur / Autrice : Guillaume Gillet
• Direction : Stéphane Desobry, Olivier Vitrac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés biotechnologiques et alimentaires
• Date : Soutenance le 14/11/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de science et génie alimentaires
• Jury : Président / Présidente : Andrée Voilley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Desobry, Olivier Vitrac, Andrée Voilley, Nathalie Gontard, Bernard Rousseau, Régis Lebossé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Gontard, Bernard Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères dans les industries agroalimentaires

Aliments -- Emballages

Mots clés libres

Conformité des emballages

Flory-Huggins

Coefficients de partage

Modélisation

Déconvolution IRTF

Déformulation

Polymères

Compliance testing

Partition coefficients

Flory-Huggins approac

Modelling

Polymers

Deformulation

FTIR deconvolution

Résumé

Les matériaux plastiques contiennent des additifs, qui ne sont pas fixés dans la matrice polymère et risquent migrer dans les aliments. La directive européenne 2002/72 a introduit la possibilité de démontrer l’aptitude au contact alimentaire de ces matériaux à partir d’approches prédictives, dont l’application est limitée par la disponibilité de données de formulation et de physico-chimie. Ces travaux visent à adapter et développer des approches analytiques rapides pour identifier et quantifier les substances majoritaires contenues dans les plastiques et à développer une approche générique de prédiction des coefficients de partage entre des polymères et les simulants de l’aliment. Des méthodes conventionnelles d’extraction par solvant et de quantification en CLHP-UV-DEDL et CPG-DIF ont été comparées pour quatre formulations modèles de PEHD et PS. Une méthode rapide de déconvolution de spectres infrarouge d’extraits de PEHD a été développée pour identifier et quantifier les additifs. Un modèle prédictif des coefficients d’activité dans les PE et les simulants est proposé. Les contributions enthalpique et entropique non configurationnelle sont évaluées à partir d’un échantillonnage des énergies de contact paire à paire. Il est démontré que la contribution entropique configurationnelle est indispensable à la description de l’affinité de molécules de grande taille dans les simulants polaires ou non constitués de petites molécules. Des arbres de décision combinant approche expérimentale et modèle sont finalement discutés dans la logique de démonstration de la conformité et de veille sanitaire

Plastic packagings are formulated with additives, which can migrate from materials into foodstuffs. According to European directive 2002/72/EC, the ability of plastic materials to be used in contact with food can be demonstrated using modelling tools. Their use is however limited due to availability of some data, like the formulation of materials and partition coefficients of substances between plastics and food. On the one hand this work aims to develop the ability of laboratories to identify and quantify the main substances in plastic materials, and on the other hand it aims to develop a new method to predict partition coefficients between polymers and food simulants. Four formulations of both HDPE and PS were chosen and used during the work. Standard extraction methods and quantification methods using HPLC-UV-ELSD and GC-FID were compared. A new deconvolution process applied on infrared spectra of extracts was developed to identify and quantify additives contained in HDPE. Activity coefficients in both phases were approximated through a generalized off-lattice Flory-Huggins formulation applied to plastic materials and to liquids simulating food products. Potential contact energies were calculated with an atomistic semi-empirical forcefield. The simulations demonstrated that plastic additives have a significant chemical affinity, related to the significant contribution of the positional entropy, for liquids consisting in small molecules. Finally, decision trees, which combine both experimental and modelling approaches to demonstrate the compliance of plastic materials, were discussed