Conception et caractérisation d’un bio- matériau fonctionnel

Abstract

Cette étude porte sur le développement et l’optimisation de films biodégradables composites à base de biopolymères naturels, visant des applications innovantes en emballage alimentaire écologique et intelligent. Deux types de matrices polymériques ont été étudiés : l’amidon de manioc et l’acide polylactique (PLA), enrichis par l’incorporation de charges fonctionnelles telles que la poudre de pelures d’oignon (OPP) et des nanoparticules de dioxyde de zinc (ZnO NPs) issues de déchets agricoles. Dans un premier temps, des films à base d’amidon de manioc ont été formulés avec de la poudre de pelures d’oignon, riche en composés phénoliques, afin d’améliorer les propriétés mécaniques, la résistance à l’humidité et la fonctionnalité des films. L’OPP confère une couleur sombre et une opacité adaptée à la protection des aliments sensibles à la lumière, tout en apportant une sensibilité au pH exploitable comme indicateur visuel de la stabilité des aliments, notamment pour la viande hachée. L’optimisation des formulations par une méthodologie de surface de réponse a permis d’obtenir des films biodégradables présentant une dégradation significative en 30 jours. Par ailleurs, des films nanocomposites à base d’amidon de manioc et de nanoparticules de ZnO, synthétisées à partir de noyaux de dattes, ont été développés. Ces films présentent une réduction du taux d’humidité et une excellente capacité de blocage des UV, bien que l’ajout de ZnO entraîne une légère diminution de la résistance mécanique et une augmentation de la perméabilité à la vapeur d’eau. Les nanoparticules confèrent également une activité antimicrobienne efficace contre certaines bactéries pathogènes (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus), renforçant ainsi la sécurité alimentaire.Enfin, des films composites à base de PLA ont été élaborés par incorporation simultanée de ZnO NPs et d’un solvant eutectique profond (DES), améliorant la résistance mécanique tout en maintenant une bonne dispersion des additifs. Ces films PLA/DES/ZnO démontrent une perméabilité à la vapeur d’eau accrue et une opacité renforcée, ainsi qu’une activité antibactérienne significative contre S. aureus et Escherichia coli, ce qui les rend particulièrement adaptés aux emballages alimentaires actifs multifonctionnels. En résumé, cette recherche multidisciplinaire met en évidence le potentiel des films biodégradables composites à base d’amidon de manioc et de PLA, enrichis par des charges naturelles et nanostructurées, pour offrir des solutions durables, fonctionnelles et intelligentes en emballage alimentaire, conciliant performances mécaniques, protection antimicrobienne, indicateurs de stabilité et respect de l’environnement.

, activité antimicrobienne, Amidon de manioc. 151

تركز هذه الدراسة على تطوير وتحسين األفالم البيولوجية المركبة القابلة للتحلل، المصنوعة من البوليمرات الحيوية الطبيعية، بهدف استخدامها في تطبيقات تغليف األغذية الذكية والصديقة للبيئة. تم استكشاف نوعين من المصفوفات البوليمرية: نشا الكسافا وحمض البوليالكتيك(PLA)، وكالهما تم إثرائهما بدمج مواد وظيفية مثل مسحوق قشور البصل(OPP)وجزيئات نانوية من ثاني أكسيد الزنك(ZnO NPs)المستخلصة من المخلفات الزراعية. في البداية، تم تحضير أفالم أساسها نشا الكسافا ومسحوق قشور البصل الغني بالمركبات الفينولية، بهدف تحسين الخصائص الميكانيكية، ومقاومة الرطوبة، والوظائف العامة لألفالم. يمنح مسحوق قشور البصل لونًا داكنًا وعتامةمناسبة لحماية األطعمة الحساسة للضوء، كما يوفر حساسية لدرجة الحموضة(pH)يمكن استغاللها كمؤشر بصري على نضارة األطعمة، وخاصة اللحم المفروم. وقد سمح تحسين التركيبات باستخدام منهجية سطح االستجابة بالحصول على أفالم قابلة للتحلل الحيوي تظهر تدهورًا كبيرًا في غضون30يومًا. باإلضافة إلى ذلك، تم تطوير أفالم نانوية مركبة تعتمد على نشا الكسافا وجزيئاتZnOالنانوية، والتي تم تصنيعها من نوى التمر. تتميز هذه األفالم بانخفاض معدل الرطوبة وقدرة ممتازة على حجب األشعة فوق البنفسجية، على الرغم من أن إضافة ZnOتؤدي إلى انخفاض طفيف في المقاومة الميكانيكية وزيادة في نفاذية بخار الماء. تمنح الجسيمات النانوية أيضًا نشاطًا مضادًا للميكروبات فعاال ً ضد بعض البكتيريا المسببة لألمراض(مثلBacillus cereusوStaphylococcus aureus)، مما يعزز سالمة األغذية. وأخيرًا، تم تصنيع أفالم مركبة منPLAعن طريق الدمج المتزامن لجزيئاتZnOالنانوية ومذيب يوتيكي عميق(DES)، مما أدى إلى تحسين المقاومة الميكانيكية مع الحفاظ على تشتت جيد للمواد المضافة. تظهر هذه األفالم المركبة PLA/DES/ZnOزيادة في نفاذية بخار الماء وعتامة معززة، باإلضافة إلى نشاط مضاد للبكتيريا مهم ضدS. aureus وEscherichia coli، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتغليف األغذية النشط متعدد الوظائف. باختصار، يسلط هذا البحث متعدد التخصصات الضوء على إمكانات األفالم البيولوجية المركبة القابلة للتحلل والمصنوعة من نشا الكسافا وPLA، والمُثرية بالمواد الطبيعية والنانوية، لتقديم حلول مستدامة، وظيفية وذكية لتغليف األغذية، مع التوفيق بين األداء الميكانيكي، والحماية المضادة للميكروبات، ومؤشرات النضارة، واحترام البيئة.