Projet « MAP’OPT » : Composition, dynamique des gaz et optimisation de la protection des denrées dans les emballages sous atmosphère modifiée

Les durées de vie des aliments sont limitées par le développement bactérien et les évolutions induites de saveur, d’odeur, de couleur. L’emballage sous atmosphère modifiée (EAM) peut permettre de ralentir ces évolutions et de mieux garantir la qualité et la sécurité microbiologique des aliments. Les gaz les plus utilisés sont le gaz carbonique pour son effet bactériostatique, l’azote pour son inertie, et quelquefois l’oxygène. L’emballage agit comme une barrière et comme régulateur des transferts de gaz et de vapeur d’eau avec l’extérieur. Dès la mise sous gaz, des transferts de masse vont opérer : perméation au travers de l’emballage, solubilisation et diffusion du gaz dans l’aliment. Ces trois types de transfert vont impacter l’efficacité des EAM, qui dépend également de la sensibilité aux gaz des bactéries en interaction avec des facteurs environnementaux tels que la température, le pH. Le couplage de modèles mathématiques de transferts de matière et de la microbiologie prévisionnelle permettra d’estimer l’efficacité des AEM. Ces modèles permettront de hiérarchiser les mécanismes physiques et biologiques se produisant dans le système aliment/emballage, d’identifier le plus impactant, de prédire l’efficacité et d’optimiser les matériaux d’emballage, leur volume et les teneurs en gaz.

Une synthèse des méthodes disponibles de mesures de la solubilité et de la diffusion de l’O₂ et du CO₂ a été réalisée et publiée. La solubilité et la diffusivité du CO₂ (SCO₂ et DCO₂) ont été acquises à partir de dispositifs expérimentaux développés pendant le projet. Plus de 40 valeurs de SO₂, SCO₂ et DO₂, DCO₂ ont été acquises et implémentées dans une base de données, sur des produits réels tels que le fromage processé, le jambon cuit et le beurre. Cette base a été complétée par plus de 200 données issues de la littérature dont des données de perméabilité des emballages. Cette collecte a nécessité le développement de nouveaux outils informatiques pour acquérir et assembler de nouvelles données, ces outils s’appuyant sur des ontologies. 

Des méthodes de quantification de l’effet du CO₂, sur les bactéries indépendamment de l‘acidification ont été développées. La molécule active a été identifiée (H₂CO₃). La sensibilité des souches retenues au cours de projet a été estimée par la concentration minimale inhibitrice (CMI) en H₂CO₃. Pour les germes aérobies, la cinétique de croissance en fonction de la teneur en O₂ a été modélisée et la teneur minimale en O₂ nécessaire à la croissance a été déterminée et capitalisée. Pour les anaérobies stricts, les quantités maximales en O₂ permettant la croissance ont été acquises.

Une base de données sur la perméabilité aux gaz des emballages et sur les solubilités et diffusivités des gaz (O₂/CO₂) dans les aliments a été constituée (plus de 500 valeurs de perméabilités et plus de 200 valeurs de solubilité/diffusivité). Les modèles de transferts des gaz ont été validés sur le couple aliment/emballage à l’aide d’expériences dédiées et lors de challenge- tests. Les effets des gaz sur le développement bactérien ont été combinés aux modèles déjà existant en considérant les effets de la température, du pH et de l’aw. Les modèles de transfert de matière dans le système aliment/emballage ont été couplés aux modèles de microbiologie prévisionnelle dans un unique système EDOs (Equations Différentiels Ordinaires) permettant de prendre en compte, dans le modèle de croissance, la dynamique des profils gazeux dans l’aliment ce qui n’avait jamais été fait auparavant. Le modèle général couplé aux bases de données a été intégré dans une application conviviale permettant aux membres du consortium de réaliser des simulations dans de nombreux cas réels d’EAM (aliment et géométries d’emballage) et pour les deux microorganismes étudiés dans le projet, Listeria et Pseudomonas. Les résultats du projet permettront aux entreprises d’optimiser l’utilisation des emballages en choisissant un matériau et sa perméabilité, d’ajuster sa géométrie et de réduire son volume. L’optimisation des EAM permettra en outre  de garantir des durées de vie du produit tout en limitant le recours aux conservateurs chimiques. Au delà des retombées positives sur l’impact environnemental du couple aliment/emballage liées à une meilleure maîtrise du choix du matériau d’emballage, une prolongation des durées de vie via l’EAM devrait permettre de limiter le gaspillage alimentaire des produits et par ce biais, de limiter encore plus l’impact environnemental de la filière alimentaire.

2 thèses, 3 publications internationales acceptées, 2 publications soumises, 1 publication en préparation, 6 conférences et posters internationaux, 6 conférences et ateliers francophones, 1 article de vulgarisation, 8 conférences de vulgarisation, 1 workshop en préparation (2 avril 2015 à Paris en lien avec les RMT Actia PROPACKFOOD et QUALIMA), 1 formation professionnelle réalisée et une programmée en 2015. Base de données emballage et logiciel de simulation. Modules de cours de formation accessibles via internet.