Une équipe de scientifiques de l’Université technologique de Nanyang, à Singapour (NTU Singapour) et de la Harvard TH Chan School of Public Health, aux États-Unis, a développé un matériau d’emballage alimentaire « intelligent » qui est biodégradable, durable et tue les microbes nocifs pour l’homme. Cela pourrait également prolonger la durée de conservation des fruits frais de deux à trois jours.
L’emballage alimentaire étanche est fabriqué à partir d’un type de protéine de maïs appelée zéine, amidon et autres biopolymères d’origine naturelle, infusé d’un cocktail de composés antimicrobiens naturels. Il s’agit notamment de l’huile de thym, une herbe couramment utilisée en cuisine, et de l’acide citrique, que l’on trouve couramment dans les agrumes.
Lors d’expériences en laboratoire, lorsqu’elles sont exposées à une augmentation de l’humidité ou à des enzymes provenant de bactéries nocives, il a été démontré que les fibres de l’emballage libèrent les composés antimicrobiens naturels, tuant les bactéries dangereuses courantes qui contaminent les aliments, telles que E. Coli et Listeria, ainsi que des champignons.
L’emballage est conçu pour libérer les quantités infimes nécessaires de composés antimicrobiens uniquement en réponse à la présence d’humidité ou de bactéries supplémentaires. Cela garantit que l’emballage peut supporter plusieurs expositions et durer des mois.
Comme les composés combattent toutes les bactéries qui se développent à la surface de l’emballage ainsi que sur le produit alimentaire lui-même, il a le potentiel d’être utilisé pour une grande variété de produits, y compris les aliments prêts à manger, la viande crue, les fruits, et légumes.
Dans une expérience, les fraises emballées dans l’emballage sont restées fraîches pendant sept jours avant de développer des moisissures, par rapport à leurs homologues conservées dans des boîtes en plastique de fruits classiques, qui ne sont restées fraîches que quatre jours.
L’invention est le résultat de la collaboration de scientifiques de la NTU-Harvard TH Chan School of Public Health Initiative for Sustainable Nanotechnology (NTU-Harvard SusNano), qui rassemble des chercheurs de la NTU et de la Harvard Chan School pour travailler sur des applications de pointe dans l’agriculture et alimentaire, en mettant l’accent sur le développement de nanomatériaux non toxiques et sans danger pour l’environnement.
Le développement de ce matériau d’emballage alimentaire avancé fait partie des efforts de l’Université pour promouvoir des solutions de technologies alimentaires durables, alignées sur le plan stratégique NTU 2025, qui vise à développer des solutions durables pour relever certains des grands défis urgents de l’humanité.
Le professeur Mary Chan, directrice du Centre de bioingénierie antimicrobienne de NTU, qui a codirigé le projet, a déclaré : « Cette invention constituerait une meilleure option pour l’emballage dans l’industrie alimentaire, car elle a démontré des qualités antimicrobiennes supérieures dans la lutte contre une myriade d’aliments -les bactéries et les champignons apparentés qui pourraient être nocifs pour l’homme.L’emballage peut être appliqué à divers produits tels que le poisson, la viande, les légumes et les fruits.La libération intelligente d’antimicrobiens uniquement en cas de présence de bactéries ou d’une humidité élevée, offre une protection uniquement en cas de besoin minimisant ainsi l’utilisation de produits chimiques et préservant la composition naturelle des aliments emballés. »
Le professeur Philip Demokritou, professeur auxiliaire de santé environnementale à la Harvard Chan School, qui est également directeur du Centre de nanotechnologie et de nanotoxicologie et codirecteur de l’Initiative NTU-Harvard sur la nanotechnologie durable, qui a co-dirigé l’étude, a déclaré : « La sécurité alimentaire et les déchets sont devenus un défi sociétal majeur de notre époque avec un immense impact 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 les déchets est de développer des matériaux d’emballage alimentaire biodégradables et non toxiques. étude, nous avons utilisé des composés dérivés de la nature, notamment des biopolymères, des solvants non toxiques et des antimicrobiens inspirés de la nature, et 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 également pour éliminer les dommages causés à la l’environnement et la santé et réduire l’utilisation de plastiques non biodégradables au niveau mondial et promouvoir un système agroalimentaire durable Mme. »
Fournissant une évaluation indépendante du travail effectué par l’équipe de recherche de NTU, M. Peter Barber, PDG de ComCrop, une entreprise singapourienne pionnière de l’agriculture urbaine sur les toits, a déclaré : « Le matériau d’emballage alimentaire de l’école NTU-Harvard Chan servirait de solution durable pour des entreprises comme nous qui souhaitent réduire l’utilisation du plastique et adopter des alternatives plus vertes.ComCrop cherche à augmenter la production de produits pour augmenter les capacités de production alimentaire de Singapour, le volume d’emballage dont nous avons besoin augmentera de manière synchronisée et passera à un matériau tel que cela nous aiderait à doubler l’impact. Les propriétés antimicrobiennes de l’emballage, qui pourraient potentiellement prolonger la durée de conservation de nos légumes, nous seraient très utiles. Le matériau d’emballage est prometteur pour l’industrie, et nous sommes impatients d’en savoir plus sur l’emballage et peut-être l’adopter pour notre usage un jour. »
Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue académique à comité de lecture Matériaux et interfaces appliqués ACSen octobre.
Réduire les déchets d’emballage
L’industrie de l’emballage est le plus grand et le plus 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 pour l’environnement de Singapour montrant que sur les 1,76 million de tonnes de déchets éliminés par des sources nationales en 2018, un tiers étaient des déchets d’emballages et plus de la moitié ( 55 pour cent) était en plastique.
Le matériau d’emballage alimentaire intelligent, lorsqu’il sera mis à l’échelle, pourrait servir d’alternative pour réduire la quantité de déchets plastiques, car il est biodégradable. Son ingrédient principal, la zéine, est également produit à partir de la farine de gluten de maïs, qui est un sous-produit des déchets provenant de l’utilisation d’amidon ou d’huiles de maïs pour produire de l’éthanol.
Le matériau d’emballage alimentaire est produit par électrofilage[1] la zéine, les composés antimicrobiens avec la cellulose, un amidon polymère naturel qui constitue les parois cellulaires des plantes, et 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 pour éloigner les bactéries et les champignons, est d’une grande importance pour l’industrie alimentaire. Il pourrait constituer une alternative écologique aux polymères à base de pétrole utilisés dans les emballages alimentaires commerciaux, tels que 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 vers un mode de vie plus sain et des 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 de synthèse évolutives pour le développement de matériaux d’emballage alimentaire composés de biopolymères biodégradables dérivés de la nature et d’antimicrobiens inspirés de la nature, associés à des approches déclenchées par des stimuli, répondront aux besoins émergents de la société pour réduire le gaspillage alimentaire et améliorer la sécurité et la qualité des aliments. »
L’équipe de chercheurs de la NTU et de la Harvard Chan School espère développer sa technologie avec un partenaire industriel, dans le but de la commercialiser dans les prochaines années.
Ils travaillent également actuellement au développement d’autres technologies pour développer des matériaux d’emballages alimentaires intelligents à base de biopolymères afin d’améliorer la sécurité et la qualité des aliments.
[1] L’électrofilage est une méthode industrielle pour produire des fibres en utilisant la force électrique pour tirer des fils chargés de solutions polymères dans des tubes.
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