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Les emballages alimentaires intelligents et durables éloignent les microbes nocifs

Une équipe de scientifiques de la Nanyang Technological University de Singapour (NTU Singapore) et du Harvard T.H. La Chan College of General public Wellbeing aux États-Unis a mis au point un matériau d’emballage alimentaire “intelligent” qui est biodégradable, durable et tue les microbes nocifs pour l’homme. Il pourrait également prolonger la durée de conservation des fruits frais de deux à trois jours.

L’emballage alimentaire hermétique est fabriqué à partir d’une variété de protéines de maïs appelées zéine, d’amidon et d’autres biopolymères naturels, infusés avec un cocktail de composés antimicrobiens naturels. Il s’agit notamment d’huile de thym, une herbe couramment utilisée dans les mets délicats, et d’acide citrique, que l’on trouve couramment dans les agrumes.

Lors d’expériences en laboratoire, il a été démontré que, lorsqu’elles sont exposées à une humidité accrue ou à des enzymes bactériennes nocives, les fibres de l’emballage libèrent des composés antimicrobiens naturels, tuant également les bactéries nocives courantes qui contaminent les aliments, telles que E. Coli et Listeria, ainsi que les champignons.

L’emballage est conçu pour libérer les traces nécessaires de composés antimicrobiens uniquement en réponse à la présence d’humidité ou de bactéries supplémentaires. Ainsi, l’emballage peut résister à de multiples expositions et durer des mois.

Les emballages alimentaires intelligents et durables éloignent les microbes nocifs

Étant donné que les composés combattent les bactéries qui se développent à la surface de l’emballage ainsi que sur le produit alimentaire lui-même, ils peuvent être utilisés pour une grande variété de produits, notamment les aliments prêts à consommer, la viande crue, les fruits et les légumes.

Lors d’une expérience, des fraises emballées dans l’emballage sont restées fraîches pendant sept jours avant de développer des moisissures, alors que leurs homologues conservées dans des boîtes à fruits en plastique classiques ne sont restées fraîches que quatre jours.

L’invention est le fruit d’une collaboration entre des scientifiques de l’initiative NTU-Harvard TH Chan College of General Public Wellbeing for Sustainable Nanotechnology (NTU-Harvard SusNano), qui réunit des chercheurs de NTU et de la faculté Harvard Chan pour travailler sur des applications de pointe dans le domaine de l’agriculture et de l’alimentation, en mettant l’accent sur le développement de nanomatériaux non toxiques et inoffensifs pour l’environnement.

Le développement de ce matériau d’emballage alimentaire avancé s’inscrit dans le cadre des efforts de l’université pour promouvoir des alternatives durables en matière de technologie alimentaire, en accord avec le plan stratégique NTU 2025, qui vise à développer des méthodes durables pour relever certains des défis les plus pressants de l’humanité.

Le professeur Mary Chan, directrice du Center for Antimicrobial Bioengineering de la NTU, qui a codirigé le projet, a déclaré : “Cette invention serait une meilleure solution pour l’emballage dans l’industrie alimentaire, car elle a démontré des qualités antimicrobiennes supérieures dans la lutte contre une myriade de bactéries et de champignons liés à l’alimentation qui pourraient être dangereux pour les humains. La libération intelligente d’antimicrobiens uniquement en présence de bactéries ou d’un taux d’humidité élevé assure une défense uniquement en cas de besoin, ce qui minimise l’utilisation de produits chimiques et préserve la composition naturelle des aliments emballés”.

Le professeur Philip Demokritou, professeur adjoint de santé environnementale à la faculté Chan de Harvard, qui est également directeur du Centre de nanotechnologie et de nanotoxicologie et codirecteur de l’initiative NTU-Harvard sur la nanotechnologie forte, qui a codirigé l’étude, a déclaré : “La sécurité alimentaire et le gaspillage sont devenus un défi sociétal majeur de notre époque, avec un impact énorme sur la santé publique et l’économie qui compromet la sécurité alimentaire. L’un des moyens les plus efficaces d’améliorer la sécurité alimentaire et de réduire la détérioration et le gaspillage est de développer des matériaux d’emballage alimentaire biodégradables et non toxiques. Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé des composés dérivés de caractères, y compris des biopolymères, des solvants non toxiques et des antimicrobiens inspirés de caractères, et nous avons développé des systèmes évolutifs pour synthétiser des matériaux antimicrobiens intelligents qui peuvent être utilisés non seulement pour améliorer la sécurité et la qualité des aliments, mais aussi pour éliminer les dommages à l’environnement et à la santé et réduire l’utilisation de plastiques non biodégradables à l’échelle mondiale et promouvoir un système agroalimentaire solide Ms.”

Fournissant une évaluation indépendante du travail effectué par l’équipe de recherche de la NTU, M. Peter Barber, PDG de ComCrop, une entreprise singapourienne pionnière dans le domaine de l’agriculture urbaine sur les toits, a déclaré : “Le matériau d’emballage alimentaire NTU-Harvard Chan serait une résolution difficile pour les entreprises qui, comme nous, veulent réduire l’utilisation du plastique et adopter des choix plus écologiques. Étant donné que ComCrop cherche à augmenter la création de produits pour développer les capacités de production alimentaire de Singapour, le volume d’emballages dont nous avons besoin va augmenter de manière synchronisée et passer à un matériau tel qu’il nous aiderait à doubler l’impact. Les propriétés antimicrobiennes de l’emballage, qui pourraient potentiellement prolonger la durée de conservation de nos légumes, seraient très utiles. Le matériau d’emballage est prometteur pour l’industrie, et nous sommes impatients d’en apprendre davantage sur cet emballage et peut-être de l’adopter pour notre usage un jour.”

Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue universitaire à comité de lecture ACS Applied Products & Interfaces en octobre.

Réduire les déchets d’emballage

L’industrie de l’emballage est le plus grand et en outre grand consommateur de plastiques synthétiques dérivés de combustibles fossiles, les plastiques d’emballage alimentaire représentant la majeure partie des déchets plastiques qui polluent l’environnement.

À Singapour, les emballages sont une source majeure de déchets, les données de l’Agence nationale de l’environnement de Singapour montrant que sur les 1,76 million de tonnes de déchets éliminés par les ressources nationales en 2018, un tiers était constitué de déchets d’emballage et 55 % supplémentaires de plastique.

Le matériau d’emballage alimentaire intelligent, une fois mis à l’échelle, pourrait servir d’alternative pour réduire la quantité de déchets plastiques, car il est biodégradable. Son principal ingrédient, la zéine, est également produit à partir de la farine de gluten de maïs, qui est un sous-produit des déchets issus de l’utilisation de l’amidon ou des huiles de maïs pour produire de l’éthanol.

Le matériau d’emballage alimentaire est produit par électrofilage[1] de la zéine, de composés antimicrobiens avec de la cellulose, un amidon polymère naturel qui compose les parois cellulaires des plantes, et de l’acide acétique, que l’on trouve couramment dans le vinaigre.

Le professeur Mary Chan a ajouté : “L’emballage alimentaire actif, durable et biodégradable, doté d’une technologie intégrée permettant de lutter contre les bactéries et les champignons, présente un grand intérêt pour l’industrie alimentaire. Il pourrait constituer une alternative écologique aux polymères dérivés du pétrole utilisés dans les emballages alimentaires commerciaux, comme le plastique, qui ont un impact négatif important sur l’environnement.”

Le professeur Demokritou a ajouté : “En raison de la mondialisation de l’approvisionnement alimentaire et du changement d’attitude à l’égard d’un mode de vie sain et d’emballages alimentaires respectueux de l’environnement, il est nécessaire de développer des matériaux biodégradables, non toxiques et intelligents/réactifs pour améliorer la sécurité et la qualité des aliments. Des plates-formes synthétiques évolutives pour le développement de matériaux d’emballage alimentaire composés de biopolymères biodégradables issus de la nature et d’antimicrobiens inspirés par leur caractère, associées à des approches déclenchées par des stimuli, répondront aux besoins émergents de la société en matière de réduction des déchets alimentaires et d’amélioration de la sécurité et de la qualité des aliments.”

L’équipe de chercheurs de NTU et de l’université Harvard Chan espère développer sa technologie avec un partenaire industriel, dans le but de la commercialiser dans les prochaines années.

Ils travaillent également actuellement à la mise au point d’autres technologies pour développer des matériaux d’emballage alimentaire intelligents à base de biopolymères afin d’améliorer la sécurité et la qualité des aliments.

[1] L’électrofilage est une méthode industrielle permettant de produire des fibres en utilisant la force électrique pour tirer des fils chargés de polymères alternatifs dans des tubes.

Zoom sur les emballages alimentaires

Quand vous travaillez dans le domaine de la restauration, il y a de fortes chances que vous proposez d’emporter vos plats que ce soit dans votre restaurant et si vous faites livrer vos repas. Si vous êtes une de ces situations, il est clair que vous devez vous poser la question de l’emballage alimentaire que vous avez envie de proposer au client. En effet, avec une sensibilité environnementale, toujours plus grande, vous avez tout intérêt à vous tourner vers des emballages alimentaires écologiques en carton ou en bambou. De cette manière, il faut savoir que cela peut avoir un véritable impact sur votre image de marque et sur les valeurs que vous souhaitez donner à voir aux clients.

Si vous faites des livraisons à domicile, il faut bien que vous gardiez à l’esprit que l’emballage alimentaire est la première chose que vont voir votre clientèle. Vous devez alors faire le nécessaire pour trouver des emballages alimentaires qui puissent respecter l’environnement, tout en protégeant la santé humaine. En fonction de vos besoins, il faut savoir que vous pourrez trouver des emballages de différentes tailles telles que des boîtes, des barquettes, des gobelets, des pailles ou encore des pots à sauce.