Evaluation de la sécurité sanitaire et de la biodégradabilité des emballages biosourcés biodégradables
Audrey GRATIA
Thèse pour obtenir le grade de docteur délivré par L’Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l’Environnement (AgroParisTech)
Spécialité : Sciences et procédés des aliments
Directrice de thèse : Violette DUCRUET (IR-INRA)
Encadrants LNE : Cédric Lyathaud
Thèse CIFRE réalisée en collaboration entre UMR 1145 « Génie Industriel Alimentaire » (INRA/AgroParisTech) et pôle « Chimie et Physico-chime des Matériaux » (LNE)
Période : septembre 2011 – septembre 2014
Résumé
Depuis plusieurs années, poussés par une demande sociétale et de nouvelles contraintes environnementales, des polymères biosourcés biodégradable sont apparus dans le secteur de l’emballage alimentaire. La thèse se propose d’évaluer la sécurité sanitaire et la biodégradation de ces emballages et de concevoir une démarche généralisable à l’ensemble de ces matériaux. Notre étude a porté sur la caractérisation des formulations de matériaux polymères commerciaux à base de Polylactide (PLA) suivant une méthodologie globale utilisant la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) associée à des bases de données spectrales. La présence importante d’oligomères lors de l’extraction engendre des interférences pour l’identification et la quantification des additifs. Des méthodes de purification ont été optimisées sur l’extrait permettant des analyses approfondies par RMN 1H et RMN 2D. Des couplages à des techniques chromatographiques génériques ont permis de développer une approche complète pour l’identification de substances dans des extraits complexes. Des caractérisations structurales des terminaisons du PLA ont été menées à partir de séquences de suppression de la chaîne polymère en RMN 1H et 2D. Une méthodologie de quantification par RMNq associée à une résolution graphique a été validée sur des PLA formulés à façon. Une démarche portant sur l’estimation de la biodégradation des matériaux polymères a été développée. Le principe repose sur l’optimisation de paramètres physiques, chimiques et biologiques du milieu de biodégradation ainsi que sur leurs interactions. Les améliorations faites s’appuient sur l’utilisation d’un support inerte et de doses d’activation basée sur le principe du « vaccin » pour le développement microbien. Une augmentation de la minéralisation ainsi que la diminution de la phase de latence sont obtenues pour le milieu optimisé. Ces nouvelles conditions pourront être proposées aux organismes de labellisation dans leur démarche de certification.
Mots-clés : RMN, Biodégradation, PLA, emballage, sécurité sanitaire, additif, matériaux au contact des aliments
Summary
Driven by growing concerns for environment and sustainable development the exploration of new materials has led to the availability of novel biobased and biodegradable polymers for food contact material (FCM). The thesis aims to assess the food safety and the biodegradation of these packaging and to develop an which can be approach generalized to all these materials. Our study focused on the characterization of formulations of the commercial packaging based on polylactide (PLA) using a comprehensive Nuclear Magnetic Resonance (NMR) approach associated with spectral databases. The significant presence of oligomers during extraction interferes in the identification and quantification of additives. Purification methods applied on the extract have been optimized allowing extensive analysis by 1H and 2D NMR. Conventional chromatographic methodologies were coupled to develop a global and comprehensive approach for the identification of additives in complex extracts. Structural characterizations on the end-chain PLA were conducted from NMR experiments (1H and 2D) by signal suppression on the polymer chain. A quantitative NMR approach combined with graphical computation was validated as a reference method on formulated PLA. A new methodology to assess the biodegradation of the FCM has been developed. The principle is based on the optimization of physical, chemical and biological parameters and their interactions in the biodegradation mechanisms. Improvements were made using inert solid medium and activation doses based on the principle of "vaccine" for microbial growth. Both an increase in mineralization and a decrease in the lag phase were obtained for the optimized medium. These new conditions will be proposed to labeling organizations in their certification process.