Valorisation de coproduits de l'industrie agroalimentaire en enrobages actifs et emballages biosourcés pour prévenir les gaspillages alimentaires

Valorisation of by-products from the agro-food industry to active coatings and bio-based packagings to prevent food losses

• Auteur / Autrice : Jingwen Chen
• Direction : Sandra Domenek, Milena Martelli tosi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des aliments et des bioproduits
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université de São Paulo
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SayFood - Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génie des Produits
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)

Mots clés

Mots clés libres

Coproduits

L'industrie agroalimentaire

Nanoparticules actives

Films d'emballage biosourcés actifs

Les nanocelluloses

Préservation

By-products

Agro-food industry

Active nanoparticles

Active biobased packagings films

Nanocelluloses

Preservation

Résumé

Ce projet de thèse fait partie du projet de recherche franco-brésilien (ANR/Fapesp) ByProdAct. Il vise à développer la valorisation des coproduits de la production de fruits et légumes vers de nouveaux matériaux actifs pour contribuer à l'extension de la durée de conservation et la diminution des pertes de ces mêmes fruits et légumes. La fabrication et l'application des matériaux seront faites localement, contribuant ainsi à l'économie circulaire du secteur. Les coproduits de fruits et légumes (épluchures, feuilles, peaux…) contiennent des composés actifs qui seront extraits via une approche en cascade. En première étape, les substances à haute valeur ajoutée telles que les phénols ou les caroténoïdes seront extraites en respectant les principes de la chimie verte. Ces composés seront utilisés pour créer de nouveaux systèmes antioxydants à libération contrôlée. Des études récentes des laboratoires partenaires brésiliens ont démontré que des fruits enrobés par ces systèmes antioxydants (dans ce cas, des nanoparticules) avaient une durée de conservation significativement plus longue. En deuxième étape, la partie lignocellulosique subsistante des coproduits sera partiellement convertie en nanocelluloses, qui sont très efficaces en matériaux d'emballage. Les nanocelluloses, de différentes origines botaniques, seront préparées avec des degrés variables de blanchiment (soit différents taux de lignines). Elles seront ensuite utilisées pour développer des films d'emballage actifs, biosourcés et biodégradables, en les appliquant en couche fine sur une base polymère biodégradable (par ex. Le polylactide ou PLA). Ce film sera dans un deuxième temps combiné avec les antioxydants naturels de la première étape. Ce type d'architecture multi-couches, avec d'excellentes propriétés barrière à l'O2, a été récemment développé avec succès par l'équipe encadrante de SayFood. Deux types de matériaux vont donc être développés dans cette thèse: 1) des films d'emballage alimentaire actifs qui seront intégrés dans les schémas logistiques existants et 2) des enrobages actifs comestibles pour fruits et légumes, qui vont diminuer les pertes alimentaires par augmentation de la durée de conservation lors de toutes les étapes logistiques de la production jusqu'au domicile du consommateur. Le projet de thèse comporte deux axes principaux: d'abord le développement et la caractérisation des films et composés actifs, et ensuite la détermination de leur performance et leur sûreté en conditions d'usage. Une fois les matériaux préparés et caractérisés, l'action synergique de la haute barrière à l'O2 et des antioxydants sera explorée. L'analyse fonctionnelle inclura la sécurité au contact alimentaire et l'extension de la durée de conservation de variétés pertinentes de fruits et légumes. Afin de prédire les propriétés barrière de ces films actifs, le logiciel TransPoly, développé par le laboratoire partenaire LGPM à CentraleSupélec, sera utilisé.

This project is part of the joint French-Brazilian ANR/Fapesp project ByProdAct. It aims to develop the upcycling of byproducts of the production of fruits and vegetables into new active materials contributing to the extension of the shelf-life and the decrease of losses of these same fruits and vegetables. Fabrication and application of the materials will be done locally, contributing to the circular economy of the sector. The active compounds contained in the byproducts of fruits and vegetables will be extracted using a cascade approach. High value-added substances, such as phenolics or carotenoids will be extracted first respecting the principles of green chemistry methods. The remaining lignocellulosic part will be converted partly into nanocelluloses, which are packaging materials of high value. Both components will be used to create new controlled-delivery systems with antioxidant properties. Previous studies by the Brazilian partner have demonstrated that fruits coated with active nanoparticles extended the shelf-life of fruits. Two strategies for further development will be employed: 1) development of active food packaging films able to be scaled up and integrated in existing logistic schemes and 2) development of active edible coatings for fruits and vegetables, targeted to decrease food losses by increase of shelf-life during logistics and in the consumer household. The project of the PhD student will be concern two work packages of ByProdAct: development and characterization of active coatings and films, and determination of their safety and performance in service conditions. The specific objective is to develop active biobased and biodegradable packaging films using a functional coating applied to a biopolymer baseboard (f.ex. polylactide, PLA). Nanocelluloses will be obtained from different botanic sources with varying degree for bleaching. They will be combined with natural antioxidants, where the material architecture needs to be optimized with regards to release kinetics and material properties. Multilayer films with outstanding oxygen barrier properties were successfully developed by SayFood. Based on the existing experience, the synergistic action of high oxygen barrier nanocelluloses and antioxidants will be explored. Functional analysis will include safety in food contact and shelf-life extension of relevant varieties of fruits or vegetables. In order to predict the barrier properties of active films, the TransPoly software, developed by the partner CentraleSupélec, will be used.