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HAL Id: hal-02617552 https://hal.inrae.fr/hal-02617552 Submitted on 25 May 2020

HAL Id: hal-02617552 https://hal.inrae.fr/hal-02617552 Submitted on 25 May 2020 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Distributed under a Creative Commons Attribution - NonCommercial - NoDerivatives| 4.0 International License Barquettes agro-sourcées à base de sous-produits des industries agro-alimentaires : Projet FP7 EcoBioCAP Helene Angellier-Coussy, Valérie Guillard, Patrice Buche, Nathalie Gontard To cite this version: Helene Angellier-Coussy, Valérie Guillard, Patrice Buche, Nathalie Gontard. Barquettes agro-sourcées à base de sous-produits des industries agro-alimentaires : Projet FP7 EcoBioCAP. Innovations Agronomiques, INRAE, 2017, 58, pp.61-67. 10.15454/1.5137837383109478E12. hal-02617552 Innovations Agronomiques 58 (2017), 61-67 Barquettes agro-sourcées à base de sous-produits des industries agro-alimentaires : Projet FP7 EcoBioCAP Angellier-Coussy H.1, Guillard V.1, Buche P.2, Gontard N.2 1 Université Montpellier, UMR IATE, IUF, 2 Place P. Viala, F-34060 Montpellier 2 INRA UMR IATE, 2 Place P. Viala, F-34060 Montpellier Correspondance : helene.coussy@umontpellier.fr Résumé Recycler des résidus agro-alimentaires pour la production d’une nouvelle génération d’emballages alimentaires biodégradables est le défi relevé par l’UMR IATE dans le cadre du projet européen EcoBioCAP coordonné par N. Gontard, et rassemblant 16 partenaires académiques et privés de France, Suède, Italie, Portugal, Irlande, Espagne, Hongrie et Allemagne. Cette nouvelle génération d’emballages est destinée à remplacer les plastiques d’origine pétrochimique. Les matériaux développés sont des composites dont les constituants (bio-polyesters, fibres ligno-cellulosiques et bio- additifs) sont obtenus soit par fermentation d’effluents liquides (eaux de lavage d’huilerie, petit lait d’industries laitières) soit par fractionnement et traitement de résidus solides (pailles de céréales, tourteaux d’huileries, de brasseries et plumes d’élevages). En s’appuyant sur une approche de compréhension et de modélisation multi-échelles des relations entre la structure de composites et les transferts de matière, le projet EcoBioCAP propose aux industries alimentaires de l’Union Européenne, des emballages biodégradables et modulables à façon selon les exigences et besoins des produits alimentaires, avec des bénéfices directs à la fois pour l’environnement et pour les consommateurs en termes de qualité et de sécurité des aliments. Mots-clés : Emballages biodégradables, Eco-efficient, Bio-composite, Propriétés de transfert de matière, Modélisation Abstract: Agro-sourced packaging trays from agro-food by products: FP7 EcoBioCAP project Recycling agro-food by-products and waste to produce the next generation of biodegradable food packaging is the challenge faced by the JRU IATE in the framework of the European project EcoBIOCAP coordinated by N. Gontard and gathering 16 academic and private partners from France, Sweden, Portugal, Ireland, Spain, Hungary and Germany. This new generation of packaging materials is intended to replace our current oil-based plastics. The materials developed in EcoBIOCAP are bio- composites which constituents (biopolyesters, ligno-cellulosic fibers and bio-additives) are obtained either by fermentation of liquid waste (wastewater or effluent from olive oil-mill or dairy industry) either by milling of solid residues (wheat straw, press cake from olive oil or brewing industry). Supported by multi-scale reasoning and modelling of the relationship between structure and mass transfer properties, the EcoBIOCAP project proposed to European food industries biodegradable packaging which properties could be tailored according to the need of the food, with direct benefits either for the environment and for the consumers in terms of food quality and safety. Keywords: Biodegradable packaging, Eco-efficiency, Bio-composite, Mass transfer properties, Modelling H. Angellier-Coussy et al. 62 Innovations Agronomiques 58 (2017), 61-67 1. L’emballage : un rôle unique dans la conservation des aliments La fonction première de l'emballage alimentaire est de protéger, transporter et stocker ces denrées périssables que sont nos aliments. L’emballage doit maintenir leur intégrité au cours du stockage ce qui signifie éviter toute exposition aux dommages physiques que sont les chocs ou bien aux éléments de l’environnement préjudiciable comme les poussières, la lumière, les substances chimiques ou bien encore les contaminations microbiologiques. De plus, les emballages doivent maintenir les qualités sensorielles (texture, couleur, flaveur) et nutritionnelles (teneurs en vitamines, nutriments) tout en limitant le risque sanitaire pour le consommateur (e.g. inhibition de la croissance de microorganismes pathogènes). La conservation des aliments peut être définie comme la réduction des principales réactions d’altération des aliments d’ordre physico-chimique, microbiologiques et physiologiques (métabolisme aérobie pour les produits dits « vivants » tels que les fruits et légumes frais par exemple). Au-delà de la qualité initiale des matières premières, la conservation des produits dépend des vitesses de dégradation qui sont fortement influencée par les procédés de transformations, distribution et stockage. Au cours du stockage, les compositions gazeuses dans l’environnement proche de l’aliment influencent fortement leur conservation. L’emballage joue ainsi un rôle majeur en définissant, autour de l’aliment, une atmosphère spécifique favorable à sa conservation dont la composition est contrôlée par les transferts de matière au travers du matériau, entre l’atmosphère environnante et l’espace de tête (Angellier- coussy et al., 2013; Floros et Matsos, 2005; Guillaume et al., 2008). Ainsi, les transferts de matière sont au cœur de la fonctionnalité de l’emballage alimentaire: transferts de vapeur d’eau, d’oxygène et/ou de gaz carbonique qui conditionnent les vitesses des nombreuses réactions de dégradation des aliments (oxydation, développement microbien, réactions physiologiques etc.), mais aussi transferts d’additifs contenus dans le matériau d’emballage, qu’ils soient volontaires (emballages actifs absorbeur d’oxygène) ou indésirables (transferts d’additifs de l’emballage vers l’aliment) ». La recherche dans le domaine de l’emballage alimentaire, et la conception de nouveaux matériaux plus respectueux de l’environnement nécessitent donc de s’intéresser de très près à leurs propriétés de transferts de matière, notamment de perméations aux gaz (O2/CO2) et vapeur d’eau. Ces dernières doivent correspondre aux besoins des aliments du point de vue de leur conservation. Ce souci constant d’adéquation entre fonctionnalité attendue et propriété des matériaux a guidé, tout au long du projet EcoBioCAP, la démarche de développement de nouveaux matériaux bio-composites. 2. Des constituants uniquement issus de résidus agro-alimentaires Le projet EcoBioCAP a pour ambition de développer des emballages biodégradables, éco-efficients en établissant un cycle dans le devenir de la matière (Figure 1). Il s’agit de valoriser des sous-produits des industries alimentaires. Des résidus liquides comme les eaux de lavage d’huileries d’olive et du lactosérum de fromageries ont été utilisés avec succès par les partenaires portugais (IBET) et italiens (Universités de Rome et de Bologne) comme substrat de fermentation pour la production d’un polymère bactérien, le Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), copolymère de butyrate et valérate. Figure 1 : Barquette biodégradable issue de sous- produits des industries agro-alimentaires : mélange Poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) et de fibres ligno-cellulosiques issues du broyage de pailles de blé. Projet européen EcoBioCAP (www.ecobiocap.eu). Photo : © Emile Guilbert - Montpellier Barquettes agro-sourcées à base de sous-produits des industries agro-alimentaires Innovations Agronomiques 58 (2017), 61-67 63 Les ressources de la plateforme de transformation des produits végétaux de l’UMR IATE ont permis le développement de charges de renfort à partir de sous-produits ligno-cellulosiques (paille de blé, drèches de bière et grignons d’olive) pour des applications composites, dont les caractéristiques intrinsèques ont pu être contrôlées via la combinaison de procédés de broyage par voie sèche et de tri (turbo-séparation) (Figure 2). Les performances du PHBV obtenu sont similaires aux produits commerciaux actuellement produits à partir de ressources alimentaires telles que le sucre de canne ou l’amidon de maïs hydrolysé (Muhammadi et al., 2015). Une amélioration de son aptitude à la transformation a été obtenue en modulant le taux de valérate grâce à la mise en œuvre de cultures microbiennes mixtes et l’élaboration d’itinéraires de production optimisés (Carvalho et al., 2014; Hilliou et al., 2016a, 2016b). La combinaison des deux constituants, PHBV et charges de renfort ligno-cellulosiques permet d’ajuster les propriétés fonctionnelles (propriétés mécaniques, propriétés de transfert de matière aux gaz et à la vapeur d’eau) ainsi que le coût du matériau composite final (Berthet et al., 2015b). Figure 2 : Ambition du projet EcoBIOCAP : des résidus agro-alimentaires vers la production d’emballages alimentaires éco-efficient. 3. Des biocomposites alliant charges ligno-cellulosiques et matrice polymérique pour répondre aux besoins spécifiques des aliments La mise au point des matériaux composites EcoBioCAP repose sur une approche intégrée qui considère à la fois les besoins de l’aliment en terme de protection, notamment vis-à-vis des transferts de matière (propriétés de perméabilité à l’O2 et au CO2), l’aptitude au contact alimentaire, les contraintes liées à la transformation (cristallisation pour une mise en forme par injection), les propriétés mécaniques, le coût et l’impact sur l’environnement (consommation énergétique des procédés). Food loss reduction • MATRIX = PHBV • Biodegradable polyester à Around 5€/kg • FILLER = Wheat strawfibers • By-product of wheat industry à Around 25€/ton Source: Furstplast Solid wastes (wheat straw) Liquid effluent (cheese whey) H. Angellier-Coussy et al. 64 Innovations Agronomiques 58 (2017), 61-67 Ainsi pour diminuer le coût final du matériau (le PHBV a un coût encore élevé de 5€/kg), le PHBV et les charges de renforts ligno-cellulosiques peu coûteuses (25€/tonne) sont assemblés en un matériau composite grâce à la mise uploads/Industriel/ angellier-coussy-ia-2017-1.pdf