La cinnamaldéhyde représente 85 à 90 % de l'huile essentielle de cannelle. La Chine, l'une des principales régions productrices de cannelle, dispose d'abondantes ressources en cinnamaldéhyde. Sa structure moléculaire (C9H8O) est composée d'un groupe phényle lié à une molécule d'acryléine. À l'état naturel, c'est un liquide visqueux jaunâtre ou brun jaunâtre, doté d'une saveur unique et intense de cannelle et de cola. Il est utilisé comme épice et condiment. De nombreuses études ont récemment mis en évidence l'action antibactérienne à large spectre de la cinnamaldéhyde et son mécanisme d'action. Ces études ont démontré son efficacité contre les bactéries et les champignons. En médecine, plusieurs études ont passé en revue les progrès de la recherche sur la cinnamaldéhyde dans le traitement des maladies métaboliques, des maladies cardiovasculaires, des tumeurs et d'autres affections. Ces études ont révélé que la cinnamaldéhyde possède des propriétés pharmacologiques intéressantes, notamment contre le diabète, l'obésité et les tumeurs. Grâce à ses sources abondantes, ses ingrédients naturels, son innocuité, sa faible toxicité, sa saveur unique et son large spectre d'action antibactérienne, le cinnamaldéhyde est un additif alimentaire autorisé par la FDA (Food and Drug Administration) américaine et la FDA chinoise. Bien que sa quantité maximale d'utilisation ne soit pas limitée, sa volatilité et son odeur piquante restreignent son application dans l'alimentation. L'incorporation du cinnamaldéhyde dans les films d'emballage alimentaire permet d'améliorer son efficacité antibactérienne, de réduire son impact sensoriel sur les aliments et de contribuer à une meilleure conservation et au transport des aliments, tout en prolongeant leur durée de conservation.
1. Matrice de membrane composite antibactérienne
La plupart des recherches sur les films d'emballage antibactériens pour aliments utilisent des substances naturelles et biodégradables comme matrice filmogène. Ces films sont préparés par enduction, coulage ou extrusion à haute température. Les propriétés des membranes finales varient en fonction de leur mode d'action et de leur compatibilité avec les différents substrats membranaires et substances actives. Il est donc crucial de choisir un substrat membranaire approprié. Parmi les substrats filmogènes couramment utilisés, on trouve des substances synthétiques biodégradables comme l'alcool polyvinylique (PVA) et le polypropylène (PP), des substances naturelles comme les polysaccharides et les protéines, ainsi que des substances composites. Le PVA est un polymère linéaire qui, une fois réticulé, forme généralement une structure réticulaire tridimensionnelle et possède d'excellentes propriétés mécaniques et barrières. Les ressources naturelles pour les matrices membranaires sont abondantes et facilement exploitables. Par exemple, l'acide polylactique (PLA) peut être obtenu par fermentation de matières premières comme l'amidon et le maïs. Ce matériau, disponible en quantités suffisantes et renouvelables, présente une bonne biodégradabilité et biocompatibilité, et constitue un matériau d'emballage écologique idéal. Les matrices composites sont souvent composées de deux ou plusieurs matrices membranaires, ce qui leur permet d'avoir un rôle complémentaire par rapport à une matrice membranaire unique.
Les propriétés mécaniques et les propriétés de barrière sont des indicateurs importants pour évaluer l'adéquation d'un film d'emballage. L'ajout de cinnamaldéhyde entraîne une réticulation avec la matrice polymère de la membrane, réduisant ainsi sa fluidité moléculaire. La diminution de l'allongement à la rupture est due à la discontinuité de la structure du réseau polysaccharidique, tandis que l'augmentation de la résistance à la traction résulte de l'accroissement du nombre de groupes hydrophiles lors de la formation du film, induit par l'ajout de cinnamaldéhyde. De plus, la perméabilité aux gaz de la membrane composite au cinnamaldéhyde est généralement accrue, probablement en raison de la dispersion du cinnamaldéhyde dans le polymère. Cette dispersion crée des pores, des vides et des canaux, réduisant la résistance au transfert de masse des molécules d'eau et, par conséquent, augmentant la perméabilité aux gaz de la membrane composite. Bien que les propriétés mécaniques et la perméabilité de plusieurs membranes composites soient similaires, la structure et les propriétés des différents substrats polymères diffèrent. Les interactions variables avec le cinnamaldéhyde influencent les performances du film d'emballage et, par conséquent, son application. Il est donc crucial de choisir un substrat polymère et une concentration appropriés.
Deuxièmement, la méthode de liaison au cinnamaldéhyde et au film d'emballage
Cependant, la cinnamaldéhyde est peu soluble dans l'eau (1,4 mg/mL seulement). Bien que la technique de mélange soit simple et pratique, les deux phases (cinnamaldéhyde liposoluble et matrice membranaire hydrosoluble) sont instables. De plus, les conditions de température et de pression élevées généralement requises lors du processus de formation du film réduisent considérablement la concentration de cinnamaldéhyde disponible dans la membrane, rendant difficile l'obtention d'un effet bactériostatique optimal. La technique d'incorporation consiste à utiliser le matériau de la paroi pour enrober ou adsorber la substance active à incorporer, afin d'améliorer ses performances ou sa protection chimique. L'incorporation de cinnamaldéhyde dans le matériau d'emballage par cette technique permet une libération lente, améliore la rétention, prolonge la durée de vie antibactérienne du film et optimise ses propriétés mécaniques. Actuellement, les méthodes courantes d'incorporation de cinnamaldéhyde dans les films d'emballage se divisent en deux catégories : les supports artificiels et les supports naturels, incluant l'incorporation dans des polymères, des nanoliposomes, des cyclodextrines, ou encore la liaison ou le chargement de nanoparticules d'argile. Grâce à la combinaison de l'auto-assemblage de couches et de l'électrofilage, le vecteur de délivrance du cinnamaldéhyde peut être optimisé, et le mode d'action et le domaine d'application du cinnamaldéhyde peuvent être améliorés.
Application d'un film d'emballage alimentaire actif à l'aldéhyde de cannelle
Les différents types d'aliments présentent des teneurs en eau, des compositions nutritionnelles et des conditions de stockage et de transport différentes, ce qui entraîne des dynamiques de croissance des micro-organismes d'altération très variables. L'efficacité de conservation des emballages antibactériens à base de cinnamaldéhyde diffère également selon les aliments.
1. Effet de conservation de la fraîcheur des légumes et des fruits
La Chine est riche en ressources naturelles, notamment en fruits et légumes, dont la production et la consommation sont considérables. Cependant, la forte teneur en eau et en sucre de ces aliments, riches en nutriments, les rend vulnérables à la contamination microbienne et à la détérioration lors du stockage, du transport et de la vente. Actuellement, l'utilisation de films d'emballage antibactériens constitue un moyen important d'améliorer la qualité du stockage et du transport des fruits et légumes et d'allonger leur durée de conservation. L'emballage des pommes avec un film composite à base de cinnamaldéhyde et d'acide polylactique permet de réduire la perte de nutriments, d'inhiber la croissance de rhizopus et de prolonger leur durée de conservation jusqu'à 16 jours. Appliqué à l'emballage de carottes fraîches coupées avec un film d'emballage alimentaire actif à base de cinnamaldéhyde, ce même film inhibe la croissance des moisissures et des levures, réduit le taux de pourrissement et prolonge la durée de conservation jusqu'à 12 jours.
2. Préservation de la fraîcheur des produits carnés. Les produits carnés sont riches en protéines, en matières grasses et autres nutriments, et possèdent une saveur unique. À température ambiante, la prolifération de micro-organismes entraîne la décomposition des protéines, des glucides et des lipides, ce qui provoque la détérioration de la viande : surface collante, couleur foncée, perte d’élasticité et odeur désagréable. Le film d’emballage alimentaire à base de cinnamaldéhyde est largement utilisé pour le porc et le poisson. Il inhibe principalement la croissance de Staphylococcus aureus, d’Escherichia coli, d’Aeromonas, de levures, de bactéries lactiques et autres bactéries, et permet de prolonger la durée de conservation de 8 à 14 jours.
3. Préservation de la fraîcheur des produits laitiers. La consommation de produits laitiers en Chine augmente d'année en année. Le fromage, produit laitier fermenté riche en nutriments et en protéines, a cependant une durée de conservation limitée, et le gaspillage dû aux basses températures reste préoccupant. L'utilisation d'un film d'emballage alimentaire à base d'aldéhyde cinnamique permet de prolonger efficacement la durée de conservation du fromage, de préserver sa saveur et d'éviter le rancissement. Pour les tranches de fromage et les sauces fromagères, la durée de conservation est respectivement de 45 et 26 jours après l'utilisation de cet emballage actif à base d'aldéhyde cinnamique, ce qui contribue à la préservation des ressources.
4. Les pains et gâteaux, produits à base d'amidon (farine de blé transformée), sont doux, sucrés et délicieux. Cependant, leur durée de conservation est courte et ils sont sensibles aux moisissures pendant la vente, ce qui entraîne une dégradation de leur qualité et du gaspillage alimentaire. L'utilisation d'emballages alimentaires contenant du cinnamaldéhyde pour les génoises et le pain de mie permet d'inhiber la croissance et la prolifération du Penicillium et des moisissures noires, et de prolonger leur durée de conservation de 10 à 27 jours.
La cinnamaldéhyde présente l'avantage d'être abondante, très bactériostatique et peu toxique. Utilisée comme agent bactériostatique dans les emballages alimentaires actifs, sa stabilité et sa libération lente peuvent être améliorées par la conception et l'optimisation du vecteur, ce qui est crucial pour améliorer la conservation et le transport des aliments frais et prolonger leur durée de conservation. Ces dernières années, la cinnamaldéhyde a permis de réaliser des progrès significatifs dans la recherche sur la conservation des aliments par emballage, mais ses applications restent encore à leurs débuts et certains problèmes demeurent. Il est donc nécessaire d'étudier comparativement les effets de différents vecteurs sur les propriétés mécaniques et les propriétés de barrière de la membrane, d'explorer en profondeur le mode d'action de la cinnamaldéhyde et du vecteur ainsi que sa cinétique de libération dans différents environnements, d'étudier l'influence de la croissance des micro-organismes sur l'altération des aliments et d'analyser le mécanisme de régulation de l'emballage antibactérien sur la durée et la vitesse de libération des agents antimicrobiens. L'objectif est de concevoir et de développer des systèmes d'emballage actifs répondant aux différentes exigences de conservation des aliments.
Date de publication : 3 janvier 2024