Des papiers aux propriétés bioactives pour l emballage alimentaire. Bilan du projet MDEIE-PSVT et perspectives de poursuite du projet

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1 Des papiers aux propriétés bioactives pour l emballage alimentaire Bilan du projet MDEIE-PSVT et perspectives de poursuite du projet Congrès de l Acfas Les matériaux d avant-garde 8 mai

2 Structure Centre collégial de transfert de technologie (CCTT) Partie intégrante du Cégep de Trois-Rivières Membre du Réseau Trans-tech 40 CCTT «techno» 6 CCTT «social» Recherche appliquée, transfert et soutien technique pour PME et GE 16 chercheurs, techniciens et enseignants Créé en 1989, déménagé au pavillon CIPP en 2006 (bureaux, labos et usines pilotes) 2

3 Dans les laboratoires Service d analyses complet pour les pâtes, les papiers et les cartons Contrôle de la qualité Contrôle du procédé Résolution de problèmes de production Optimisation de procédé Système de fiabilité, comparaison des méthodes Développement de produits Procédés à l échelle laboratoire Recyclage et désencrage Traitement de surface (CLC-7000) 3

4 Une usine pilote unique Usine pilote unique au Canada pour reproduire les procédés partiellement ou en entier : Atelier pour la mise en pâte, le traitement des pâtes et le bioraffinage Machine à papier pilote complète Traitement de surface pour modifier et fonctionnaliser les papiers, les cartons, les membranes 4

5 Objectif du projet #1 Travailler au développement de la surface d un papier afin d introduire des molécules actives (peptides antimicrobiens) pour la fabrication d emballages alimentaires. 5

6 Qu est-ce qu un emballage actif Un emballage actif est un emballage qui va interagir avec l'aliment. Ce type d'emballage va permettre d'augmenter la durée de conservation du produit ou de conserver les couleurs ou les arômes. les pièges à oxygène les émetteurs de CO 2 les régulateurs d humidité les émetteurs d agents antimicrobiens 6

7 Ne pas confondre avec : emballage intelligent Un emballage intelligent est capable de surveiller l'aliment et de donner des informations sur sa qualité. Source : ripesense de JenKins 7

8 Importance de ce type d emballage Facteurs qui incitent les travaux pour le développement d emballages alimentaires actifs dont : Augmentation de la demande des consommateurs pour les mets préparés Changement au niveau de la vente au détail et des pratiques de distribution associé à la mondialisation Exigences plus strictes des consommateurs concernant la santé et la sécurité Augmentation de la durée de conservation des aliments Rentabilité Problème environnemental : Réduction, réutilisation, biodégradabilité, etc. Demande d avoir moins ou aucun additif ou agent de conservation 8

9 Objectif du projet #2 Étudier la possibilité d utiliser de la nanocellulose cristalline (NCC) pour la fabrication d emballages alimentaires. 9

10 Qu est-ce que la nanocellulose cristalline Source : Finnish Centre for Nanocellulosic Technologies 10

11 Qu est-ce que la nanocellulose cristalline Hydrolyse - H 2 SO 4 Sonication + sucres dissous Source : FPInnovations 11

12 Qu est-ce que la nanocellulose cristalline 12

13 Attraits de la NCC pour l emballage Substance issue de ressources naturelles renouvelables, biodégradable et recyclable Renforcement mécanique Ses propriétés barrières 13

14 Méthodologie Préparation des matrices actives : Préparation de différentes matrices actives (CNETE) Détermination la cinétique de largage-relargage des bactériocines Taux de concentration du produit actif Application des matrices sur un papier par un procédé de couchage. Les paramètres à contrôler : Pourcentage de solides Viscosité de la matrice Type et la vitesse d application Temps et la température de séchage. Suivi d inhibition de Listeria (CNETE) Évaluation des propriétés des papiers 14

15 Méthodologie Préparation et application de la nanocellulose cristalline (NCC) : Établissement des paramètres de l étape d hydrolyse et de l étape de sonication Établissement des paramètres pour l enlèvement de l acide sulfurique et pour concentrer la NCC Application de la NCC sur des papiers par un procédé de couchage L application de la NCC devra être minutieusement dosée par le contrôle de sa concentration et rhéologie Évaluation des propriétés des papiers : propriétés physiques, chimiques et de surface. 15

16 Équipements de couchage Coucheuse de laboratoire RK 16

17 Équipements de couchage Coucheuse CLC

18 Équipements de couchage Unité pilote de couchage / contrecollage 18

19 RÉSULTATS 19

20 Suivi d inhibition au Listeria Incubation dans des boites de Petri en contact avec un tapis de Listeria. Le cercle d inhibition augmente de diamètre avec le temps pour atteindre son maximum après 72 heures d incubation ; ce qui traduit que le relargage de l agent actif est continu et stable dans le temps. 20

21 Suivi d inhibition au Listeria Suivi d'antibiogrammes contre l'agent microbien Listeria Matrice M Augmentation du diamètre d'inhibition 24 heures 48 heures 72 heures Autoclavé - sec +0% +0% +0% Autoclavé - humide +0% +0% +0% Non-autoclavé - sec +39% +37% +34% Non-autoclavé - humide +35% +35% +35% 21

22 Suivi d inhibition au Listeria Suivi d'antibiogrammes contre l'agent microbien Listeria Matrice Y Augmentation du diamètre d'inhibition 24 heures 48 heures 72 heures Autoclavé - sec +44% +49% +46% Autoclavé - humide +50% +60% +60% Non-autoclavé - sec +56% +56% +56% Non-autoclavé - humide +69% +57% +57% 22

23 Propriétés physiques de l emballage Propriétés du papier avec ajout matrice active Matrice Y quantité appliquée (g/m 2 ) 5 Résistance à la rupture +11% Résistance à la graisse +100% Porosité -98% WVTR -38% 23

24 Résultats Les cinétiques de relargage sont stables dans le temps Les papiers actifs développés restent fonctionnels et stables à la suite d un traitement thermique (121 C pendant 20 minutes) Ces travaux ont permis d obtenir des matrices pouvant servir au développement de plusieurs types de papiers d emballage actifs. Les formulations optimales sont compatibles pour des applications où le produit emballé est sec ou contient un taux d humidité élevé (pièces de viande, fromages tranchés, légumes et fruits). 24

25 Propriétés de papiers avec NCC Variation des propriétés avec l'utilisation de nanocellulose cristalline (NCC) carton papier écriture papier emballage quantité appliquée (g/m 2 ) Résistance à la rupture +5% +5% +5% +20% +15% Force de cohésion interne +15% +40% Résistance déchirure +5% +15% Rigidité +25% +50% Porosité -80% - 85% -15% -75% -95% Résistance à la graisse +500% WVTR +439% 25

26 Conclusion L utilisation de ce type d emballage par l industrie alimentaire va permettre de garantir la sécurité et l innocuité des produits emballés en plus de limiter le gaspillage alimentaire. Représente des solutions d'emballages recyclables, biodégradables, plus respectueuses de l'environnement L utilisation de NCC amélioration de la résistance des papiers et cartons en plus d agir comme barrière à l air 26

27 Piste pour la poursuite du projet Limiter le transfert de vapeur d'eau et augmenter le caractère hydrophobe du papier. Développement d emballages actifs plus complexes où la matrice sera composée d un consortium de bactériocines assurant une meilleure innocuité du produit. Développement d emballages actifs pour accroître la durée de conservation des produits alimentaires liquides (lait, jus, yogourt et boisson santé). Etc. 27

28 Remerciements Aux technologues d Innofibre qui ont collaboré au projet: Éric Bélanger, Isabelle Gagné, Yves Grenier, Simon Fréchette Gélinas, Michel Proulx, Daniel Thiboutot et Annie Trudeau Aux collaborateurs du CNETE (Centre national en électrochimie et en technologies environnementales) : Hassan Chadjaa, Nicholas Berrouard, Catherine Gamelin, Andrew Damon et Keziah Millet Au professeur François Bergeron du cégep de Trois-Rivières et Mario Parenteau, directeur d Innofibre Au soutien financier du Ministère du Développement économique, de l'innovation et de l'exportation (MDEIE) - Programme de soutien à la valorisation et au transfert (PSVT), renforcement de la capacité de recherche et d innovation des CCTT 28

29 Questions Questions? 29