Assurer la bonne conservation des emballages mono-matériaux, biodégradables et plus minces

Une étude menée par l'UGent

Sous l'effet de la tendance à des emballages plus respectueux de l'environnement, les emballages plus minces, biodégradables et mono-matériaux sont de plus en plus nombreux. Mais quel est leur impact sur la durée de conservation microbienne et la sécurité des aliments emballés? L'UGent mène d'importantes recherches sur ce sujet depuis cinq ans.

L'emballage sous atmosphère modifiée (MAP) est devenu indispensable dans le secteur alimentaire. Dans ce processus, un mélange gazeux prédéfini est injecté dans l'espace de tête d'un emballage alimentaire afin de prolonger la durée de conservation des aliments par rapport à la conservation à l'air. Les emballages à haute barrière sont généralement utilisés à cette fin. S'il est évident qu'il faut passer à des systèmes d'emballage alimentaire plus durables, les propriétés de barrière aux gaz des nouveaux matériaux d'emballage plus durables diffèrent souvent de celles des matériaux multicouches aux propriétés de barrière aux gaz très efficaces actuellement largement utilisés dans le MAP.

Par exemple, il peut y avoir une évolution vers des systèmes d'emballage monocouche, éventuellement avec des propriétés de barrière aux gaz plus faibles. En conséquence, le mélange de gaz protecteur (CO₂, N₂ et éventuellement O₂ ) utilisé dans les systèmes d'emballage MAP évoluera au fil du temps. En règle générale, l'oxygène est souvent évité dans les emballages MAP, tandis que le CO₂ est ajouté pour empêcher la croissance des micro-organismes. Au fur et à mesure que les propriétés de barrière aux gaz de l'emballage diminuent, l'oxygène pénètre généralement plus facilement dans l'emballage. En outre, la concentration de CO₂ ajouté diminuera plus rapidement au fil du temps par rapport aux emballages multicouches conventionnels.

Cette composition gazeuse modifiée et dynamique dans l'emballage peut affecter la durée de conservation microbienne et la sécurité des produits alimentaires emballés sous atmosphère modifiée. Ceci a un impact significatif sur la durabilité du système d'emballage alimentaire. En particulier, cela inclut les pertes alimentaires.

Encore beaucoup d'incertitudes

"On sait encore peu de choses", déclare le professeur Frank Devlieghere, qui dirige le groupe de recherche sur la microbiologie et la conservation des aliments à l'université de Gand. Ce groupe de recherche étudie la microbiologie et la conservation des produits alimentaires depuis la récolte ou, dans le cas de la viande, l'abattage, jusqu'au moment où le produit est déballé dans l'assiette du consommateur.

M. Devlieghere explique que la recherche à long terme a été motivée par l'évolution des matériaux d'emballage vers des emballages plus minces, recyclables et biodégradables, que son département a également identifiée. "Cela s'applique aux barquettes en plastique ainsi qu'aux films d'emballage. Les entreprises agroalimentaires essaient toutes de passer à l'action, mais se posent maintenant des questions sur la durée de conservation des produits. Quel est l'impact d'une plus grande quantité d'oxygène dans l'emballage sur la durée de conservation des produits? Les laminés ne laissent pas passer l'oxygène, mais quelle quantité d'oxygène pénètre réellement dans les emballages MAP qui sont plus fins, recyclables en raison d'un mono-matériau ou biodégradables? Quelle est alors la durée de conservation du produit?"

Équipement de recherche spécial

Ces recherches ont beaucoup à faire, explique encore M. Devlieghere. "Nous avons commencé il y a cinq ans. Pour pouvoir débuter la recherche, il a fallu investir des sommes considérables dans l'infrastructure. Un équipement très spécial est nécessaire pour examiner un aliment ou un objet de test dans une atmosphère bien définie et contrôlée, qui peut être à la fois constante et dynamique."

"Cet équipement a dû être construit spécifiquement à cette fin. Pour l'instant, nous travaillons avec le système MMAIS (Modular Modified Atmosphere Incubation System), qui contient un système de mélange de gaz avec un tableau de commande à partir duquel l'approvisionnement en O₂, CO₂ et N₂ (azote) peut être contrôlé et couplé à un ensemble de boîtes d'incubation cubiques et transparentes dans lesquelles l'atmosphère à tester est présente de manière contrôlée."

"Dans la phase suivante, nous visons à créer une salle complète dans laquelle toutes les expériences peuvent se poursuivre dans une atmosphère contrôlée. Cela devrait nous permettre de réaliser davantage d'expériences de manière plus efficace."

Conclusions préliminaires

Bien que de nombreuses recherches complémentaires soient encore nécessaires, M. Devlieghere peut d'ores et déjà tirer quelques conclusions. "Normalement, on considère qu'il n'y a pas plus de 0,5% d'oxygène dans un emballage dont la teneur en CO₂ est de 30%. Si davantage d'oxygène pénètre dans l'emballage, comme c'est le cas avec les non-laminés, l'effet le plus important sur les micro-organismes semble se situer dans les faibles pourcentages, disons entre 0 et 3 pour cent. Toutefois, dans la pratique, ce sont également les pourcentages d'oxygène qui entreront lors de l'utilisation des nouveaux matériaux d'emballage. Si une quantité encore plus importante d'oxygène entre dans l'emballage, cela n'aura plus beaucoup d'impact supplémentaire."

Listeria monocytogenes

L'un des micro-organismes étudiés par le département est la bactérie Listeria monocytogenes. "Un pathogène", explique Devlieghere. "La relation entre la quantité d'oxygène et la croissance de ce type de bactérie semble être très compliquée d'après les tests. L'ajout de CO₂ limite donc la croissance de Listeria monocytogenes. Comme il y a plus de CO₂ dans un emballage, l'effet de l'oxygène est beaucoup plus limité. Mais il est difficile de déterminer dans quelle mesure l'oxygène est responsable de la croissance de Listeria monocytogenes. Il semble également que cela dépende fortement du pH d'un produit. Si le pH du produit est bas, l'effet de l'O₂ est plus visible. À un pH plus élevé/neutre, l'effet de l'O₂ n'est pas nécessairement visible."

Des modèles pour prédire

Selon M. Devlieghere, des recherches complémentaires sont absolument nécessaires. "Nous pouvons désormais prédire la quantité d'oxygène qui entre dans un emballage et l'évolution de la quantité de CO₂ ajoutée grâce à des modèles mathématiques. Mais quel est l'effet exact de ces données sur la croissance des micro-organismes dans un produit? En fin de compte, nous voulons quantifier cet effet afin de disposer de suffisamment de données pour créer certains modèles scientifiques qui nous permettent de prédire l'altération microbiologique ou la croissance des agents pathogènes dans diverses conditions dans les modèles. Nous savons que l'oxygène a un effet sur la durée de conservation microbiologique, mais la question est de savoir dans quelle mesure. Et quelle est la proportion à 1, 2 ou 3%, en combinaison ou non avec le CO₂?"

La perméabilité dépend fortement du matériau, confirme également M. Devlieghere. "Celle du PET est beaucoup plus faible que celle du PP ou du PE. Mais nous menons nos recherches indépendamment du matériau d'emballage, car nous pouvons déjà prédire comment les concentrations de gaz dans une configuration d'emballage donnée évoluent en fonction du temps. Mais nous ne pouvons pas encore calculer comment ces concentrations de gaz affectent la croissance microbienne. C'est donc sur ce point que nous travaillons dur."

Le seul en Belgique

Le département de l'UGent est le seul en Belgique à s'occuper de ce type de recherche. "Nous en sommes à cinq ans et le premier doctorat sur ce sujet paraîtra en 2025, accompagné d'un certain nombre de publications", poursuit M. Devlieghere. "Amber van Reepingen vient de commencer et poursuivra dans cette voie."

Pour l'instant, la recherche est encore entièrement financée par le département et l'UGent, mais Devlieghere espère que les entreprises intéressées qui cherchent une solution à ce problème finiront par collaborer et payer. "Nous espérons pouvoir tester des combinaisons concrètes de produits et d'emballages dans le cadre de nos recherches, afin de pouvoir enrichir nos recherches avec ces données. D'autre part, nous pourrons alors à notre tour proposer aux entreprises de nouvelles solutions concrètes."

Plusieurs facteurs entrent en jeu
La croissance de Listeria monocytogenes se fait très bien dans des conditions de réfrigération, explique le professeur Devlieghere. "L'un des moyens de limiter cette croissance est l'emballage. D'autres facteurs sont le pH et l'activité de l'eau/la présence d'eau dans un produit. Par exemple, le pH du fromage est complètement différent de celui de la viande, ce qui a une influence considérable sur les effets de l'oxygène sur la croissance des micro-organismes dans l'emballage."

Un projet à forte intensité de main-d'œuvre
La bioingénieur diplômée Amber van Reepingen effectue des recherches sur les emballages durables en tant que doctorante au sein du groupe de recherche sur la microbiologie alimentaire et la conservation. Elle en est à sa troisième année et a encore quatre ans devant elle. Elle confirme les propos du professeur de son groupe de recherche selon lesquels la recherche est très exigeante en termes de main-d'œuvre. "Nous expérimentons avec des concentrations d'oxygène, des gaz et des valeurs de pH très faibles qui affectent les aliments emballés. Nous créons des modèles qui ont une valeur prédictive pour d'autres produits alimentaires."
Pour obtenir des modèles applicables, Amber van Reepingen et ses collègues calculent des courbes de croissance qui montrent l'influence de l'augmentation ou de la diminution de l'un des facteurs. "Pour établir une telle courbe de croissance, il faut parfois un mois et demi. Mais pour un modèle représentatif, il faut encore répéter l'opération trois fois. Nous cherchons donc des méthodes plus automatisées pour déterminer cette croissance. Nous travaillons également avec des concentrations d'oxygène très faibles, de 0 à 3%, ce qui rend encore plus difficile de les maintenir constantes. Cela nécessite beaucoup de gaz avec le MMAIS actuel, ce qui rend les coûts élevés. Il serait donc souhaitable que nous disposions d'un système fermé, dans lequel les influences extérieures n'ont pas d'incidence. Nous sommes actuellement en train de faire une demande pour un tel système et nous espérons pouvoir le mettre en service en 2025."
Enfin, Amber van Reepingen souligne l'importance des combinaisons d'emballages de produits existants pour la recherche. "Elles sont très utiles pour collecter des données, de sorte que la fiabilité des modèles est encore plus grande."

Photos: UGent