Quelques exemples de chimie des mat

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• Quelques exemples de chimie des matériaux
  dorigine naturelle
• Véronique COMA

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Matériaux barrières Matériaux ou enductions
bioactifs
Application Bois
Application Emballage alimentaire
Microorganismes humidité, oxygène, chocs etc
Flore fongique, humidité etc
Altération problème qualité et sécurité
alimentaire
Dégradation
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Application matériaux demballage
O2
H2O
Fonctions dun matériau - Protection contre les
transferts - Protection mécanique - Protection
microbiologique
La très grande majorité des matériaux demballage
Polymères dorigine pétrochimique
Ressource limitée Problèmes environnementaux
Solution alternative Polymères dorigine
naturelle à propriétés filmogènes Matériaux
lignocellulosiques
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Propriétés mécaniques Propriétés optiques Hydro-solubilité Propriétés barrières à la vapeur deau
Film synthétique (PEHD ou PEBD) non
Film osidique ou - ou - oui -
Film protéique ou - ou - Oui/non ou -
Film lipidique ou - - Oui/non
Film à base de polyesters ou - ou - Oui/non ou -
Inconvénient majeur des matériaux
lignocellulosiques forte hydrophilie -
Mauvaises propriétés barrières à la vapeur deau
modification de texture des aliments et
croissance microbienne accélérée -
Hydrosolubilité qui limitent leurs
applications
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Elaboration et étude de matériaux barrières et
/ou avec hydrosolubilité contrôlée
Approche Matériaux
Approche Chimique-biochimique
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• Etude 1 Réduction de lhydro-solubilité et
  amélioration des propriétés barrières de
  matériaux à base dHPMC

Collaboration Univ. Lyon, ISTAB

• Ether de cellulose filmogène
• Polymère renouvelable, non toxique
• Dérivé utilisé en alimentaire en tant que
  texturant (émulsifiant)
• Fortement hydrophile et hydrosoluble

Structure chimique de lhydroxypropylmethyl
cellulose
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Approche Chimique-biochimique
1- Modification chimique réticulation de léther
de cellulose par un polyacide Acide citrique
comestible et triacide
Liaisons ester inter/intra Amélioration
potentielle des propriétés barrières, diminution
de la solubilité, augmentation de la rigidité
(diminution de la mobilité des chaînes)
Schéma de réaction de la cellulose en présence
dacide citrique et de sodium dihydrogénophosphate
(Zhou et al., 1995)
CHOC thermique 190C 15 Min
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Impact de la réticulation sur les propriétés
barrières des matériaux
Coefficient de transfert à la vapeur deau
(geau.m-2.j-1.atm-1)
Amélioration relativement faible des propriétés
barrière H2O vapeur 34 Création de  pores 
dans la matrice passage préférentiel de vapeur
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Approche Matériaux
2- Biocomposite avec acide gras et dérivés
Coefficient de transfert à la vapeur deau en
fonction de la teneur et de la nature des
composés hydrophobes incorporés dans les
matériaux (50 HR- 23C, 90HR-38C)
HR 90, 38ºC
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• Etude 2 Amélioration des propriétés barrières
  et mécaniques de film de chitosane

CHITOSANE

• Copolymère linéaire dunités N-acétyl
  D-glucosamines et de D-glucosamines liées par des
  liaisons ß 1-4
• Dérivé déacétylé de la chitine
• Polymère renouvelable, filmogène, non toxique,
  bioactif
• Potentiellement cationique protonation de
  lamine ? bioactivité

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Approche Chimique-biochimique

• 1- Modification chimique
• 1-1 Greffage de chaînes alkyles par catalyse
  enzymatique
• Méthode enzymatique régio et stéréospécificité,
  conditions douces
• Greffage par liaison ester sur alcool primaire
  hydrolase en milieu solvant
• Catalyse en milieu hétérogène
• Réaction sur glucosamine et polymère de chitosane

Collaboration Univ. Bordeaux II
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Approche Matériaux
2- Biocomposite ou double couche à base dacide
polylactique
Collaboration Univ. Reims

• Famille Polyesters issus de la biomasse, en
  plein développement
• Bonne résistance mécanique (PS).
• - Films hautement cristallins
• Composite améliorer les propriétés mécaniques et
  barrières à la H2Ovap de matériaux à base de
  chitosane

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Biocomposite et double-couche chitosane - PLA -
plastifiant
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Difficulté de garantir un aliment totalement
sain Actions insuffisantes ou inadaptées dans
certaines situations
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Elaboration et étude de matériaux bioactifs
Approche Matériaux
Approche Chimique-biochimique
Modification chimique de macromolécules filmogènes
Biocomposite ou Multicouche avec enduction
bioactive
Greffage, Création dammonium quaternaires, etc
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Approche Chimique-biochimique

• Etude 1 Augmentation de lactivité
  antimicrobienne de chitosane

1- Quaternisation du chitosane
Collaboration Univ. Hassan II, Maroc
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Nombre de cellules de L. monocytogenes en
fonction du temps. Activité antibactérienne du
chitosane et du triméthylchitosane en milieu
liquide
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Approche Matériaux
Etude 2 Emballage actif à base dHPMC et de
bactériocines
Collaboration Univ. Lyon, ISTAB

• Molécule protéique, cationique, synthétisée par
  L. lactis.
• Douée dune activité antibactérienne

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Etude des interactions biocide-matrice ?
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En conclusion.Recherches connexes
Papiers bioactifs Enductions bioactives haute
barrière à base de biopolymères Projet
Européen Integrated project 25 partenaires
Biomolécules filmogènes antifongiques Lutte
contre les moisissures mycotoxinogènes Grand
projet régional 20 Partenaires, INRA porteur
Biopolymères Dépolymerisation de chitosane par
voie chimique et biochimique Collaboration
Université de Pampelune (Espagne)
Durabilité des matériaux lignocellulosiques Nouv
eaux biocides à base de biomolécules - cycle de
vie Grand projet régional 10 Partenaires, INRA
porteur
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Approche Chimique-biochimique
Projet Européen Integrated project 25 partenaires
1-2- Modification chimique Oxydation du chitosane
Formulation et étude de papiers bioactifs Un des
objectifs oxyder lalcool primaire ? site
potentiellement utilisable pour certains greffage
(chaînes alkyles par exemple) Diverses méthodes
de la littérature ont été testées. Oxydation
sélective avec médiateur TEMPO/NaOCl/NaBr
En cours
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• Lacide poly lactique (PLA)
• ? Le PLA est un polymère de synthèse
  thermoplastique et biodégradable.
• Composé organique naturel renfermant au moins une
  fois la fonction acide carboxylique et la
  fonction alcool.
• Voie de synthèse chimique du PLA

n

• ? Le PLA constitue une alternative
  industrielle des plastiques traditionnels sources
  de pollution ? PLA présent dans de nombreux
  produits alimentaires.