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202 Pages·2014·16.75 MB·French

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UNIVERSITE DE LORRAINE

École Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires
Laboratoire d’Ingénierie des Biomolécules (LIBio)
THESE
AKHTAR Muhammad Javeed
Pour obtenir le grade de
Docteur de l’UL
Spécialité : Procédés Biotechnologiques et Alimentaires

Fonctionnalisation et Caractérisation de Films Bioactifs à Base d’HPMC:
Influence de l'introduction d'antioxydants sur les Propriétés des Films et la
Conservation des Aliments

Functionalization and Characterization of Bioactive Films Based on HPMC: Influence of
Antioxidants Inclusion on Films Properties and Food Preservation

Soutenue publiquement le 13 Septembre 2012 devant la commission d’examen
Rapporteurs :
Mme. Violette DUCRUET Ingénieur de Recherche, HDR, INRA, Massy, France
M. Jean-Charles BENEZET Maître de Recherche, école de mines, Alès, France
Examinateurs :
Mme. Andrée VOILLEY Professeur, Agrosup (Université de Bourgogne), Dijon, France
M. Michel LINDER Professeur, LIBio, UL, Nancy, France
Mme. Muriel JACQUOT MC (Co-directeur de thèse), LIBio, UL, Nancy, France
M. Stéphane DESOBRY Professeur (Directeur de thèse), LIBio, UL, Nancy, France
JJJJeeee ddddééééddddiiiieeee cccceeee ttttrrrraaaavvvvaaaaiiiillll
AAAA MMMMoooonnnn ddddééééffffuuuunnnntttt ppppaaaappppaaaa eeeetttt mmmmaaaa cccchhhhèèèèrrrreeee mmmmaaaammmmaaaannnn
AAAA mmmmaaaa cccchhhhèèèèrrrreeee ffffeeeemmmmmmmmeeee eeeetttt mmmmoooonnnn ffffiiiillllssss qqqquuuueeee jjjj’’’’aaaaiiiimmmmeeee
AAAA mmmmaaaa ffffaaaammmmiiiilllllllleeee eeeennnnttttiiiièèèèrrrreeee
REMERCIEMENT
Je souhaite tout d’abord remercier le ‘Higher Education Commission (HEC)’ du
Pakistan pour ses encouragements aux études supérieurs et la recherche scientifique
au Pakistan et d’avoir accepté de financer ce travail de thèse qui a été réalisé au
sein du Laboratoire d’Ingénierie des Biomolécules de l’Ecole Nationale Supérieur
d’Agronomie et des Industries Alimentaires de Nancy, sous la direction de
Professeur Stéphane Desobry, et la co-direction de Madame Muriel Jacquot, Maître
de conférences HDR à l’ENSAIA.
Ma reconnaissance la plus sincère au Professeur Stéphane Desobry pour son
encadrement, sa compréhension, son soutien et la grande confiance qu’il m’a
témoigné tout au long de la thèse. Son concept à être optimiste et plein d'espoir, son
aptitude à la neutralisation de l'énergie négative en bonne volonté, son approche
utopique d'apporter le bonheur à tous, ses gestes de routine et d'humeur portant les
ondes magnétiques de positivité, et ses manières simples d’ « être humain »
m’aideront tout au long de ma vie, professionnellement et personnellement.
Je remercie très chaleureusement Docteur Muriel Jacquot pour son encadrement, sa
disponibilité, sa sympathie, ses conseils précieux ainsi que pour avoir patiemment
corrigé ce document et les articles. Je l'apprécie beaucoup pour m’avoir fait
apprendre le sens du mot «organisation» à la fois pour le travail expérimental et la
transformation des idées, et son approche réaliste, tout en traitant de la science.
Je remercie également les membres de jury qui ont accepté de juger ce travail:
Mme. Andrée Voilley (Professeur, Agrosup, Université de Bourgogne, Dijon,
France), Mme. Violette Ducruet (Ingénieur de Recherche, HDR, INRA, Massy,
France), M. Jean-Charles Benezet (Maître de Recherche, école de mines, Alès,
France) et M. Michel Linder (Professeur, LIBio, UL, Nancy, France).
Mes sincères remerciements vont également à Professeur Joël Scher, Professeur
Ghoul Mohamed, Professeur Jacques Fanni, Docteur Elmira Arab Tehrany, Docteur
Claire Gaïani et Docteur Jordane Jasniewski pour leur aide, leurs conseils et leur
patience.
Mes remerciements s’adressent également aux responsables des différents
laboratoires pour m’avoir rendu accessible les différentes techniques, surtout Cedric
Paris (LCMS), Jaafar Ghanbaja et Jacquline Chanél (TEM et SEM), et Céline
Charbonnel (Techniques biochimie)… Un grand merci pour m’avoir communiqué
votre passion, vos discussions enrichissantes et vos conseils précieux.
Je tiens à remercier l’ensemble du personnel de l’ENSAIA qui me connaît et
particulièrement celui du LIBio, et surtout Marie-Noële Maucourt (pour ses Tic-
Tac), Anne-Laplace, Cécile Mangavel, Carole Jeandel, Carole Perroud, Mlle
Turban, Delphine, Myriam et Paul.
Je remercie l’ensemble des thésards: Agnieszka, Majid, Guillaume, Smail, Lynn,
Charbel, Imran, Charlotte (l’équipe emballage) ; Behnoush, Nabila, Pascale,
Kassem, Ange, (l’équipe lipide) ; Abdur-Rehman, Inam, Amira, Thibaut, Mireille,
(l’équipe microbiologie) ; Laetitia, Leila, Jennifer, Céleste, Chancelle, Nadia,
Abdulhadi, Mohammed, Mahmoud, Citlalli et des stagiaires du LIBio notamment
Marjolène et Warchol CUNY Diane qui ont contribué, de près ou de loin, à la
réalisation de cette étude, dans une ambiance toujours amicale et stimulante. Je
remercie aussi les jeunes chercheurs du laboratoire, venus de France ou d’ailleurs,
avec qui j’ai eu l’occasion de partager de bons moments inoubliables.
Je voudrais aussi remercier ma petite famille (Hassnaa Aouinate et Rayane Akhtar)
qui m’ont accompagné tout au long de cette aventure et ont constitué ma deuxième
famille en France.
WWWWhhhhaaaatttt aaaaccccttttiiiioooonnnnssss aaaarrrreeee mmmmoooosssstttt eeeexxxxcccceeeelllllllleeeennnntttt ttttoooo ggggllllaaaaddddddddeeeennnn tttthhhheeee hhhheeeeaaaarrrrtttt

ooooffff hhhhuuuummmmaaaannnn bbbbeeeeiiiinnnnggggssss????

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GLOSSAIRE

List of Abbreviation

AC Anthocyanins compound
CA
Cellulose acetate
ASTM American society for testing and material
B Betanin
BHA Butylated hydroxyanisole
BHT Butylated hydroxytoluene
D Diffusion coefficient
DHA
Docosahexaenoic acid
DP Degree of polymerization
DSC Differential scanning calorimetry
DVS Dynamic vapor sorption
EC
Ethyl cellulose
EFSA European food safety authority
EPA Eicosapentaenoic acid
ERRMA European renewable resource materials association
FAME Fatty acid methyl esters
FDA Food and drug administration
FFA Film forming solution
FRAP Fluorescence recovery after photobleaching
FTIR Fourier transform infrared spectroscopy
G Glycerin
GAB Guggenheim–anderson–de boer
GAE Gallic acid equivalents
GC Gas chromatography
HDPE High density polyethylene
HEC Hydroxyethylcellulose
HPC Hydroxypropyl cellulose
HPLC–MS High performance liquid chromatography mass spectroscopy
HPMC Hydroxypropyl methylcellulose
IBAW International biodegradable polymers association and work group
IENICA Interactive european network for industrial crops application
K Partition coe cient
ffi
MC
Methylcellulose
MSW Municipal solid waste
NNFCC National non-food crops centre
GLOSSAIRE

NRC Natural red colour
OP Oxygen permeability
OTR Oxygen transmission rate
PG Propyl gallate
PHAs Poly-hydroxylalkanoates
PHB Poly-hydroxylbutyrate
PHV Poly(b-hydroxyvalerate)
PLA Polylactic acid
PTC Contenu phénolique total
PUFA Polyunsaturated fatty acids
PV Peroxide value
RH Relative humidity
SEM Scanning electron microscopy
SP Soya protein
TBA Thiobarbituic acid
TBARS
Thiobarbuthuric reactive substances
TBHQ Tert-butylhydroquinone
TEAC Trolox equivalent antioxidant capacity
TPC Total phenolic content
TS Tensile strength
TVBN Total volatile basic nitrogen
UE Ultimate elongation
USDA United states department of agriculture
WVP Water vapor permeability
YM Young’s modulus
∆Eab Total color difference
TABLE DE MATIERE

Table de Matière
I. Introduction et objectifs de l’étude ................................................................................. 3
II. Synthèse bibliographique .............................................................................................. 12
II.1. Food packaging development ....................................................................................... 13
II.2. Biopolymer based edible films and coatings ................................................................ 26
II.3. Functionalization of edible films .................................................................................. 29
II.4. Application of antioxidant films and coatings on food products .................................. 43
II.5. Effect of packaging on light-induced changes in pack foods ....................................... 47
III. Matériel et Méthodes ..................................................................................................... 53
III.1. Materials ...................................................................................................................... 54
III.2. Methods ....................................................................................................................... 54
III.2.1. HPLC analysis .................................................................................................................. 54
III.2.2. Mass spectrometric conditions ......................................................................................... 55
III.2.3. Preparation of HPMC films .............................................................................................. 55
III.2.4. Preparation of antioxidant-HPMC composite solutions .................................................. 56
III.2.5. Fabrication of antioxidant films ....................................................................................... 56
III.2.6. Film conditioning for photo-aging ................................................................................... 56
III.3. HPMC film characterization ....................................................................................... 57
III.3.1. Film thickness measurement ............................................................................................. 57
III.3.2. Film color measurements ................................................................................................. 57
III.3.3. Light transparency ............................................................................................................ 57
III.3.4. Mechanical properties ...................................................................................................... 58
III.3.5. Water vapor permeability ................................................................................................. 58
III.3.6. Oxygen permeability ......................................................................................................... 58
III.3.7. Water sorption isotherms .................................................................................................. 59
III.3.8. Differential scanning calorimetry analysis....................................................................... 60
III.3.9. Scanning electron microscopy (SEM)............................................................................... 60
III.4. Films application on salmon oil .................................................................................. 60
TABLE DE MATIERE

III.4.1. Determination of total phenolic contents.......................................................................... 60
III.4.2. Release of antioxidant agents from films .......................................................................... 61
III.4.3. Estimation of Diffusion and Partition coefficient ............................................................. 61
III.4.4. ABTS radicals scavenging activity ................................................................................... 62
III.4.5. FTIR analysis of antioxidant films .................................................................................... 62
III.5. Salmon oil quality parameters ..................................................................................... 63
III.5.1. Oil color measurement ..................................................................................................... 63
III.5.2. Headspace oxygen uptake ................................................................................................. 63
III.5.3. Conjugated dienes determination of salmon oil ............................................................... 63
III.5.4. Fatty acid composition of salmon oil ................................................................................ 64
III.5.5. FTIR analysis of salmon oil .............................................................................................. 64
IV. Résultats et Discussion ................................................................................................... 66
Chapitre IV.1: Contrôle de la photo-oxydation de l’huile de saumon au cours du stockage
dans un film d’HPMC : influence de la couleur du film ...................................................... 67
Chapitre IV.2 : Fabrication et caractérisation physico-chimique de films d’HPMC
fonctionnalisés par des extraits de plantes commerciaux : influence de la lumière et de la
composition du film ............................................................................................................. 78
Chapitre IV.3 : Activité antioxydante et photo-vieillissement des films d’HPMC
fonctionnalisés avec des extraits naturels de plantes ........................................................... 90
Chapitre IV.4 : Cinétiques de libration et stabilité de l’activité antioxydante de composes
phénoliques naturels incorporés dans des films de biopolymère ....................................... 103
Chapitre IV.5 : Effet de la couleur des films d’HPMC–anthocyanines et de leur
perméabilité à l’oxygène sur la conservation de l’huile de saumon .................................. 126
V. Conclusion et perspectives ........................................................................................... 148
VI. Publications et communications scientifique ............................................................. 155
VII. References bibliographiques ....................................................................................... 157
VIII. Annexes ................................................................................................................... 185