Modes d’adjonction de ces agents antimicrobiens

La plupart du temps, durant la conservation des aliments solides et semi-solides emballés, la contamination microbienne se produit à la surface des aliments. Selon la méthode d’incorporation et la nature de l’agent actif, l’activité antimicrobienne peut exister dans le film d’emballage ou dans l’atmosphère à l’intérieur de l’emballage (espace de tête « head space »). Dans tous les cas, l’agent actif doit être transféré vers la surface de l’aliment afin d’y inhiber la croissance microbienne. Par conséquent, le développement des méthodes d’incorporation d’agents actifs adaptées puis l’étude du transfert de ces agents des emballages dans lesquels ils sont incorporés vers les aliments conditionnés sont des étapes indispensables pour obtenir des systèmes antimicrobiens efficaces. Majoritairement, deux modes d’adjonction d’agents actifs peuvent être cités :

• L’incorporation directe dans la formulation avant l’élaboration par voie solvant ou par voie fondue des films comestibles.

• Les voies de fonctionnalisation antimicrobienne postérieures à l’élaboration des films comestibles. (comme par exemple l’application de revêtements antimicrobiens, la fixation ou l’adsorption de l’agent actif).

Si des agents antimicrobiens sont directement incorporés durant le procédé de fabrication, certains paramètres comme la température ou le pH doivent être optimisés en fonction de l’agent antimicrobien. Les films comestibles antimicrobiens sont très souvent fabriqués par voie humide. Dans ce cas, les agents antimicrobiens sont dissous dans la solution filmogène avant le casting. Il est préférable que les agents antimicrobiens possèdent une bonne solubilité afin d’obtenir une dispersion homogène. Aussi, il convient de maîtriser les interactions qui peuvent s’établir entre l’agent antimicrobien et les polymères filmogènes afin d’éviter une éventuelle perte d’activité antimicrobienne[70]. Cela a encore été constaté très récemment par Bayarri et al.[187]. Ils ont observé une corrélation inverse entre la formation des agrégats dans des solutions filmogènes à base de pectine faiblement méthoxylée et l’activité enzymatique du lysozyme (figure 20). En effet, la concentration en polymère filmogène impacte la formation de complexes pectine/lysozyme de tailles variées. Ainsi la taille des

60 complexes influence inversement la turbidité des solutions filmogènes et l’activité enzymatique du lysozyme probablement en gênant l’accès du lysozyme à ses substrats.

Figure 21 : Influence de la concentration en pectine faiblement méthoxylée (LM) dans la solution filmogène contenant du lysozyme sur la turbidité (à gauche) et sur l’activité

enzymatique du lysozyme (à droite) [187]

Pour l’efficacité des systèmes comestibles antimicrobiens préparés par voie humide : le pH et l’utilisation de co-solvants peuvent être des facteurs critiques. Martinez et al.[188]ont étudié l’influence du pH et de l’hydrophobicité sur l’efficacité de films comestibles à base de protéines de lactosérum incorporant de la nisine et/ou de la glucoseoxydase. Il a été observé que les films préparés à pH = 5,5 étaient plus performants que ceux préparés à pH= 8,5 en termes d’activité antimicrobienne. Cela a été attribué à l’hydrophobicité renforcée du polymère qui avait une influence positive sur l’activité antimicrobienne des films.

Dans le cas de la voie sèche, les agents antimicrobiens ont subi des traitements à hautes températures et pressions. Les conditions de procédés doivent être optimisées afin de minimiser la dégradation/dénaturation de certains agents antimicrobiens en particulier ceux qui sont sensibles à la température et au cisaillement associés aux traitements thermomécaniques employés en plasturgie comme l’extrusion. Généralement, les agro-polymères ont des températures de transformation plus basses que les plastiques conventionnels. Malgré cela, au vu de la thermosensibilité de certains agents antimicrobiens, cela reste des procédés à hautes températures. Nam et al.[45]ont incorporé du lysozyme avec de l’amidon de petits pois et des proportions variables d’eau directement dans une extrudeuse bi-vis. Ils ont noté une dépendance importante de l’activité enzymatique résiduelle du

61 lysozyme en fonction de la température d’extrusion (figure 21). D’autres auteurs ont fabriqué des films par compression. Ture et al.[189]ont incorporé le sorbate de potassium dans des films comestibles à base de gluten de blé afin de fabriquer les films comestibles antimicrobiens. Martinez et al.[40] ont utilisé l’acide formique et l’huile essentielle d’origan comme agents antimicrobiens dans une matrice de gluten de blé. Contrairement à Nam et al, ils n’ont pas cherché à quantifier une perte potentielle de l’efficacité de ces agents après les procédés de transformation. Les films fonctionnalisés ont tous montré des activités antimicrobiennes dans des milieux gélosés ensemencés. Il faut aussi souligner que la sensibilité des agents antimicrobiens aux cisaillements ou aux traitements thermiques est différente selon leur nature. Le lysozyme étant une enzyme, donc une protéine globulaire avec une stabilité de sa conformation limitée, il ne sera par exemple pas influencé de la même manière que le sorbate de potassium par un traitement thermique.

Figure 22 : Activité enzymatique résiduelle du lysozyme dans les films comestibles à base de protéine de petits pois en fonction de la température de l’extrusion bi-vis et de la

quantité d’eau introduite comme plastifiant dans les mélanges avant extrusion[45].

La fonctionnalisation des films par des agents antimicrobiens peut se réaliser postérieurement à l’élaboration de films comestibles : cela devient même indispensable quand

62 les agents en question sont perdus (par évaporation pour certains agents antimicrobiens très volatils) ou inactivés (cas de certaines protéines et certains peptides antimicrobiens) lors des procédés d’élaboration des films par voie fondue. Parmi les techniques variées, l’application des revêtements antimicrobiens, la fixation ou l’adsorption de l’agent actif sur les films préfabriqués peuvent être citées. Pour ce mode de fonctionnalisation, les films comestibles préparés peuvent tout simplement être trempés dans une solution aqueuse d’agent actif pour une fixation physique. Les facteurs comme la durée du bain ou l’affinité (les interactions ioniques, les liaisons par pont hydrogène, les interactions hydrophobes etc.) entre l’agent antimicrobien et le polymère filmogène auront une influence sur la quantité d’agent antimicrobien liés et donc l’efficacité antimicrobienne des films finaux [179]. Ce mode de fonctionnalisation va facilement libérer les agents actifs si les interactions sont faibles entre l’agent et la surface des films et inversement si les interactions sont fortes. L’utilisation d’agents intermédiaires, notamment des enzymes catalysant la formation de liaisons covalentes peut même être envisagée pour fixer des agents antimicrobiens à la surface des films comestibles mais alors ceux-ci ne seront pas relargués vers la surface des aliments en contact. Le choix de la méthode d’immobilisation des agents actifs à la surface des films est primordial : en effet, l’immobilisation de certains agents actifs peut leur faire perdre leur activité antimicrobienne (par exemple si une liaison covalente est établie avec un résidu d’acide aminé d’une enzyme antimicrobienne nécessaire à son action antimicrobienne ou tout simplement s’il y a un encombrement stérique de l’enzyme immobilisée qui empêche l’accès à ses substrats…)A noter qu’en cas d’une fixation importante, l’agent peut perdre son activité due à une inactivation biologique ce qui est le cas notamment pour les enzymes.

Lian et al.[179] ont illustré les différentes méthodes qui existent pour l’immobilisation des enzymes (Figure 22).

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Figure 23 : Présentation schématique de différentes méthodes d’immobilisation des enzymes[179].

I.3.3. Effets de l’adjonction de composés antimicrobiens sur les