Formulation à base de nanochitosan et nanocellulose pour la préparation d'emballage alimentaire

Nanofluid engineering of chitosan-based edible packaging

• Auteur / Autrice : Mekro Permana Pinem
• Direction : Erwann Guénin, Khashayar Saleh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels et développement durable : Transformations intégrées de la matière renouvelable (EA-4297)
• Date : Soutenance le 19/01/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie verte

Gouttes

Émulsions

Cire d'abeille

Chitine

Chitosane

Biopolymères

Éco-matériaux

Aliments -- Emballage

Nanocellulose

Nanoparticules

Nanofluides

Mots clés libres

Matériaux biosourcés

Nanocomposites

Impact des gouttelettes

Nanomatériaux

Nanofluid

Nanocomposite film

Crystalline nanocellulose

Beeswax emulsion

Edible packaging

Droplet impact

Coating

Eco-friendly process

Nanoparticles

Biopolymers

Chitosan

Chitin

Résumé

Les exigences en termes de qualité et de sécurité lors de la transformation et de la distribution des produits alimentaires nécessitent l'utilisation d'emballages adaptés pour éviter leur dégradation et prolonger leur durée de conservation ainsi que pour préserver leurs qualités organoleptiques dans le respect des contraintes de sécurité et écologiques. Cependant, actuellement, la plupart de ces emballages plastiques sont fabriqués à partir de dérivés pétrosourcés ce qui a des conséquences délétères sur l‘environnement augmentant la production de déchets et la pollution des écosystèmes. Une approche pour surmonter ce problème consiste à remplacer les plastiques conventionnels par des matériaux biosourcés qui peuvent être produits à partir de substances naturelles qui seront dégradées dans la nature. Parmi les divers biopolymères existants, le chitosan apparaît comme un bon candidat en raison de ses propriétés antimicrobiennes et filmogènes connues qui sont favorables à des fins d'emballage. Cependant, les propriétés mécaniques des films plastiques à base de chitosan ne sont pas suffisantes et il est souvent nécessaire d'y ajouter d'autres composants tels que la cellulose pour les améliorer. De plus, récemment, il a également été décrit que l'utilisation de ces biopolymères dans leurs nanoformes pourrait grandement améliorer leurs propriétés. Cependant, l'extraction de ces biopolymères et leur transformation en nanomatériaux impliquent des procédures qui ne respectent pas toujours les principes de la chimie et des procédés verts. Dans ce travail, nous proposons le développement de protocoles plus écoresponsables basés sur les micro-ondes et les ultrasons pour produire de la nanocellulose à partir de cellulose bactérienne ainsi que du chitosan à partir de la chitine. De plus des films bioplastiques à partir de chitosane et de cellulose sont préparés et l‘impact de l'utilisation de nanoformes de ces polymères sur les propriétés du film est évalués. Pour améliorer la résistance à l'eau du film, des émulsions à la cire d'abeille ont été aussi préparées et l'impact de leurs formulations sur les propriétés du film a été étudiée. Enfin, la dynamique d'impact des gouttelettes de cette dernière formulation a été évaluée pour étudier la potentialité de son utilisation pour une application par pulvérisation.

The requirements in terms of quality and safety during the processing and distribution of food products require the use of suitable packaging to prevent their degradation and extend their shelf life as well as to preserve their organoleptic qualities while respecting safety and ecological constraints. However, currently, most of these packagings are made from oil-based plastic which has defective consequences on waste generation and ecosystem pollution. One approach to overcome this issue is to replace conventional plastics with bio-based materials which can be produced from natural substances and degraded in nature. Among the various existing biopolymers, chitosan appears to be a good candidate due to its known antimicrobial and filmforming properties which are favorable for packaging purposes. However, the mechanical properties of chitosan-based plastic films are not sufficient and it is often necessary to add other components such as cellulose to them to improve their mechanical properties. Moreover, recently it has also been described that the utilization of these biopolymers in their nanoforms could greatly enhance their properties. However, the extraction of these biopolymers and their transformation into nanomaterials involve procedures that do not always comply with the principles of green chemistry and processes. In this work, we propose the development of ecological protocols based on microwaves and ultrasound to produce nanocellulose from bacterial cellulose as well as chitosan from chitin. Furthermore, we prepared bioplastic films from chitosan and cellulose and evaluated the properties of the film when using nanoforms of these polymers. To improve the water resistanceof the film, emulsions with beeswax were prepared and the impact of their formulations on the properties of the film was studied. Finally, the impact dynamics of the droplets of the latter formulation was evaluated to study the potentiality of its use for application by spraying.