Développement de revêtements en nanofibres de chitine pour prolonger la durée de conservation et inhiber la croissance bactérienne sur les concombres frais

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13195 (2023) Citer cet article

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L’utilisation généralisée de polymères à base de pétrole comme emballages à usage unique a des effets néfastes sur l’environnement. Ici, nous avons développé des revêtements durables en nanofibres de chitine (ChNF) qui prolongent la durée de conservation des concombres frais et retardent la croissance de bactéries pathogènes à leurs surfaces. Des ChNF présentant différents degrés d'acétylation ont été préparés avec succès par désacétylation à l'aide de NaOH avec des durées de traitement de 0 à 480 minutes et défibrillés à l'aide d'un mélange mécanique. Avec des temps de réaction de désacétylation plus longs, davantage de groupes acétamido (-NHCOCH3) dans les molécules de chitine ont été convertis en groupes amino (-NH2), ce qui confère des propriétés antibactériennes aux ChNF. Les morphologies du ChNF ont été affectées par le temps de réaction de désacétylation. Les ChNF désacétylés pendant 240 min avaient une largeur moyenne de 9,0 nm et des longueurs allant jusqu'à plusieurs µm, tandis que des ChNF structurés en forme de bâtonnet avec une largeur moyenne de 7,3 nm et une longueur moyenne de 222,3 nm ont été obtenus avec un temps de réaction de 480 min. De plus, nous avons démontré un revêtement ChNF autonome pour prolonger la durée de conservation des concombres. En comparaison avec les ChNF structurés en forme de bâtonnets, les ChNF désacétylés de 120 et 240 minutes présentaient une structure semblable à des fibrilles, ce qui retardait considérablement la perte d'humidité des concombres et le taux de croissance des bactéries sur leurs surfaces extérieures pendant le stockage. Les concombres enrobés de ces ChNF désacétylés de 120 et 240 minutes ont démontré un taux de perte de poids inférieur de ⁓ 3,9 % jour-1 par rapport aux concombres non enrobés, qui présentaient un taux de perte de poids de 4,6 % jour-1. Cet effet protecteur fourni par ces ChNF renouvelables présente un potentiel prometteur pour réduire le gaspillage alimentaire et l’utilisation de matériaux d’emballage à base de pétrole.

L'emballage alimentaire, qui est généralement fabriqué à partir de polymères à base de pétrole, tels que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) et le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), joue un rôle important dans la protection des aliments contre les agents physiques, microbiologiques et chimiques externes. dégâts1,2,3. Par conséquent, la qualité et la fraîcheur des aliments sont préservées et le gaspillage alimentaire est réduit4,5. Grâce à ces avantages, devenus plus essentiels à la lumière de la pandémie de COVID-19, on estime que l’industrie mondiale de l’emballage alimentaire vaudra 464 milliards de dollars d’ici 20276,7. La forte consommation d'emballages à base de combustibles fossiles et sa longue cinétique de dégradation ont eu un impact négatif sur l'environnement et la faune sous forme de déchets mis en décharge, d'émissions de gaz à effet de serre et de microplastiques4,8,9,10. Par conséquent, le développement de matériaux d’emballage respectueux de l’environnement et biodégradables a attiré une attention considérable en tant qu’alternative pratique6,9,11,12,13. Les biopolymères, tels que les polysaccharides, les lipides et les protéines, sont des matériaux prometteurs dans les secteurs de l'emballage en raison de leur biodégradabilité, de leur biocompatibilité et de leur non-toxicité3,7,9.

La chitine (poly(β-(1-4)-N-acétyl-d-glucosamine)) est le deuxième biopolymère le plus abondant sur Terre après la cellulose14,15,16 et présente un intérêt considérable en raison de sa stabilité chimique, de sa biocompatibilité, de sa biodégradabilité, non-toxicité et propriétés mécaniques17,18. La chitine est un polymère semi-cristallin doté d'une architecture microfibrillaire intégrée dans une matrice protéique présente dans les exosquelettes des arthropodes, notamment les crevettes, les crabes et les homards10,14,15,19. Chaque microfibrille de chitine comprend des nanofibres d'une largeur comprise entre 2 et 5 nm et d'une longueur allant jusqu'à plusieurs µm20,21,22. Les nanofibres de chitine (ChNF) présentent des performances supérieures avec un module d'Young de ⁓ 40 GPa, une résistance de 1,6 GPa et une densité de 1 à 1,3 kg m−3. De plus, il a été rapporté que les films ChNF possèdent de bien meilleures propriétés barrières (O2 et CO2) que les films commerciaux PP, PE et PET en raison de la structure hautement cristalline des ChNF23,24,25. En raison de ces propriétés exceptionnelles associées à la biodégradabilité et à la durabilité, les ChNF ont été largement utilisés dans diverses applications, telles que les nanocomposites, les membranes, les médicaments, les revêtements et les aliments fonctionnels2,20,22,26.