L’utilisation aveugle de matériaux d’emballage dérivés du pétrole a entraîné une énorme accumulation de plastique dans les décharges et dans l’océan, car ces matériaux ont une faible dégradabilité et ne sont pas recyclés de manière significative. Pour atténuer ce problème et répondre à la demande croissante de produits sans danger pour la santé humaine et l’environnement, l’industrie alimentaire investit dans le développement d’alternatives d’emballage plus durables qui préservent la qualité nutritionnelle ainsi que les caractéristiques organoleptiques telles que la couleur, le goût, l’odeur et texture.
Un exemple est un film constitué d’un composé dérivé du limonène, principal composant de l’écorce des agrumes, et du chitosane, un biopolymère dérivé de la chitine présente dans les exosquelettes des crustacés.
Le film a été développé par un groupe de recherche de l’État de São Paulo, au Brésil, composé de scientifiques du Département de génie des matériaux et des bioprocédés de l’École de génie chimique de l’Université d’État de Campinas (FEQ-UNICAMP) et du Centre de technologie de l’emballage de l’Institut de l’alimentation Technology (ITAL) du Département de l’agriculture et de l’approvisionnement de l’État de São Paulo, également à Campinas.
Les résultats de la recherche sont rapportés dans un article publié dans Emballage alimentaire et durée de conservation.
« Nous nous sommes concentrés sur le limonène car le Brésil est l’un des plus grands producteurs d’oranges au monde [if not the largest] et São Paulo est le premier État producteur d’oranges », a déclaré Roniérik Pioli Vieira, dernier auteur de l’article et professeur à la FEQ-UNICAMP.
Le limonène a déjà été utilisé dans les films d’emballages alimentaires pour améliorer la conservation grâce à son action antioxydante et antimicrobienne, mais ses performances sont altérées par la volatilité et l’instabilité lors du processus de fabrication des emballages, même à l’échelle du laboratoire.
C’est l’un des freins à l’utilisation de composés bioactifs dans les emballages commerciaux. Il est souvent produit dans des processus qui impliquent des températures élevées et des taux de cisaillement élevés dus à la coupe ou au façonnage. Les additifs bioactifs se dégradent facilement dans ces processus.
« Pour résoudre ce problème, nous avons eu l’idée d’utiliser un dérivé du limonène appelé poly(limonène), qui n’est ni volatil ni particulièrement instable », a déclaré Vieira.
Les chercheurs ont choisi le chitosane pour la matrice du film car il s’agit d’un polymère d’origine naturelle aux propriétés antioxydantes et antimicrobiennes bien connues. Leur hypothèse était que la combinaison des deux matériaux produirait un film aux propriétés bioactives améliorées.
En laboratoire, les scientifiques ont comparé des films avec du limonène et du poly(limonène) dans des proportions variables pour relever le défi de trouver un moyen de les combiner avec du chitosane, puisque théoriquement ils ne se mélangent pas. Les chercheurs ont opté pour la polymérisation, un processus dans lequel les polymères sont fabriqués à partir de molécules organiques plus petites.
Dans ce cas, ils ont utilisé un composé à fonctions chimiques polaires pour démarrer la réaction et augmenter l’interaction entre l’additif et la matrice polymère. Ils ont ensuite analysé le film résultant pour évaluer des propriétés telles que la capacité antioxydante, la protection contre la lumière et la vapeur d’eau et la résistance aux températures élevées.
Les résultats ont été très satisfaisants. « Les films avec l’additif poly (limonène) ont surpassé ceux avec du limonène, en particulier en termes d’activité antioxydante, qui était environ deux fois plus puissante », a déclaré Vieira. La substance a également fonctionné de manière satisfaisante en tant que bloqueur de rayonnement ultraviolet et s’est avérée non volatile, ce qui la rend adaptée à la production à grande échelle d’emballages, où les conditions de traitement sont plus sévères.
Les films ne sont pas encore disponibles pour être utilisés par les fabricants, principalement parce que le plastique à base de chitosane n’est pas encore produit à une échelle suffisamment importante pour être compétitif, mais aussi parce que le processus de production de poly(limonène) doit être optimisé pour améliorer le rendement et être testés lors de la fabrication d’emballages commerciaux.
« Notre groupe travaille là-dessus. Nous avons étudié d’autres applications du poly(limonène) dans le domaine biomédical, par exemple. Nous essayons de démontrer la multifonctionnalité de cet additif, dont les origines sont renouvelables », a déclaré Vieira.
Plus d’information:
Sayeny de Ávila Gonçalves et al, Poly(limonène) : un nouvel additif oligomérique renouvelable antioxydant et bloquant la lumière UV pour les films à base de chitosane, Emballage alimentaire et durée de conservation (2023). DOI : 10.1016/j.fpsl.2023.101085