Synthèse de films d'emballage actifs à partir de composites gomme de Lepidium sativum/alcool polyvinylique et leur application à la conservation du fromage cheddar

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1647 (2023) Citer cet article

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L'intérêt pour les emballages actifs pour prolonger la durée de conservation des aliments a augmenté ces derniers temps. De plus, l'impact négatif des déchets plastiques synthétiques sur l'environnement a motivé les chercheurs à rechercher des alternatives biosourcées. Dans ce contexte, des films d'emballage actifs constitués d'un composite composé d'extrait de Lepidium sativum (LSE), d'alcool polyvinylique (PVA) et d'une quantité fixe de polyamide amine hyperbranchée (PAMAM) ont été préparés. Les propriétés chimiques, thermiques et mécaniques du film ont été étudiées. De plus, nous avons examiné les constituants et les propriétés antioxydantes de l'extrait. Des échantillons de fromage cheddar ont été enrobés de films de différentes compositions. Les échantillons recouverts de films d'emballage actifs ont montré un temps de conservation plus long allant jusqu'à 4 semaines par rapport aux autres échantillons, qui se sont sensiblement détériorés. Les films ont montré une activité antimicrobienne puissante contre cinq bactéries d'origine alimentaire : trois bactéries à Gram négatif, dont Escherichia coli O157.H7, Pseudomonas aeruginosa et Salmonella Typhimurium, et deux bactéries à Gram positif, Listeria monocytogenes et Staphylococcus aureus. L'application de films PVA contenant du LSE a amélioré la qualité microbiologique et retardé la décomposition visible du fromage cheddar. L'oxydabilité de la graisse extraite de différents échantillons de fromage était de 0,40 à 0,98, confirmant la résistance à l'oxydation. Enfin, les échantillons de fromage recouverts de films traités ont été protégés contre la formation de gras trans par rapport à d'autres échantillons, démontrant l'efficacité des films modifiés en tant qu'emballage antioxydant, antimicrobien et de conservation des aliments.

Les matériaux d'emballage à base de bioressources suscitent un intérêt croissant en tant qu'alternatives durables aux polymères à base de pétrole qui génèrent d'énormes quantités de déchets plastiques. Des efforts ont été faits pour développer des matériaux d'emballage biodégradables avec des propriétés comparables à celles des matériaux synthétiques1,2. Les chercheurs et les producteurs d'emballages de l'industrie alimentaire étudient des alternatives abondantes, peu coûteuses et biodégradables aux emballages en plastique pour réduire les émissions de CO23. Les plantes contiennent des composés bénéfiques biologiquement actifs utilisés dans les industries pharmaceutique, alimentaire ou cosmétique. Ces composés comprennent des phénols et des flavonoïdes qui ont des propriétés antimicrobiennes et antioxydantes. Ils peuvent être utilisés dans les emballages alimentaires comme revêtement comestible3 ou comme film d'emballage pour prolonger la durée de conservation des aliments et empêcher leur détérioration5. Lepidium sativum, ou graine de cresson, est un membre de la famille des crucifères qui pousse en Égypte, en Europe et dans d'autres parties du monde4. Les graines ont été utilisées en médecine traditionnelle pour traiter l'hépatotoxicité, l'asthme, les fractures, l'hyperglycémie et l'énurésie7,8. La gomme L. sativum peut être extraite sous forme d'extrait de L. sativum (LSE) à l'aide de solvants tels que l'eau, l'éthanol et le CO2 supercritique. Les résultats du fractionnement des hydrocolloïdes extraits ont démontré que les fractions avaient des propriétés physicochimiques et fonctionnelles différentes5,6,7,8. De plus, une enquête sur la composition en sucre, la teneur en acide uronique, les groupes fonctionnels et les poids moléculaires a été réalisée8. Le fractionnement par étapes à l'aide d'eau a montré que la composition chimique, y compris les niveaux de monosaccharides, d'humidité, de cendres, d'azote, de carbone et d'acide uronique, des fractions variait considérablement. Les applications potentielles des fractions de gomme de graines de cresson sont dans les émulsions alimentaires et les systèmes de mousse en tant qu'épaississant et stabilisant.

Le fromage est un aliment prêt-à-manger populaire consommé sans traitement thermique, et sa valeur nutritionnelle dépend principalement des caractéristiques du lait et de la technologie de production. Les nutriments essentiels, y compris les protéines, les peptides bioactifs, les acides aminés, les matières grasses, les acides gras (AG), les vitamines et les minéraux, se trouvent dans le fromage9. La matière grasse du lait est la matière grasse la plus complexe de l'alimentation humaine, car elle contient > 400 AG distincts10. Cependant, les AG saturés (AGS) sont la classe prédominante d'AG dans la matière grasse du lait et comprennent les AG à chaîne courte (SCFA), les AG à chaîne moyenne et longue, ainsi que les AG impairs10,11. La meilleure source d'AG trans naturels, tels que l'acide vaccénique (trans11 C18.1) et l'acide linoléique conjugué (cis9 trans11 C18.2), est la matière grasse du lait, et ceux-ci présentent des propriétés favorables par rapport aux AG trans artificiels dans les huiles partiellement hydrogénées12.

Actuellement, les agents pathogènes les plus importants dans l'industrie alimentaire sont Salmonella, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus et Escherichia coli O157.H7. Ces agents pathogènes sont connus pour être associés à des épidémies de maladies d'origine alimentaire qui provoquent des maladies chez environ 600 millions de personnes dans le monde chaque année13. Le fromage peut être porteur de bactéries d'origine alimentaire telles que E. coli producteur de toxines Shiga, L. monocytogenes, Salmonella spp. et S. aureus14. Le développement de moisissures peut poser un problème de santé en raison de la probabilité de sécrétion de mycotoxines par certaines espèces de moisissures15. Une contamination croisée par des bactéries d'origine alimentaire peut se produire dans le fromage lors de la manipulation et de l'entreposage. La détérioration visible du fromage commence généralement sur les parties superficielles du fromage16 ; ainsi, protéger la surface du fromage de la contamination microbienne est une stratégie efficace pour éliminer la contamination croisée et la détérioration17.

Les emballages actifs antimicrobiens améliorent la qualité microbiologique, prolongent la durée de conservation et limitent la contamination croisée des bactéries pathogènes. Habituellement, ces films actifs sont conçus en incorporant des antimicrobiens, tels que des acides organiques, des enzymes, des bactériocines et des extraits naturels, dans des matériaux d'emballage pour contrôler la libération d'agents antimicrobiens à la surface des aliments18. Karamkhani et al.19 ont décrit l'incorporation de L. sativum dans un film comestible contenant différents ratios de carvacrol. L'enrobage comestible a été utilisé pour protéger et améliorer la durée de conservation des crevettes d'élevage réfrigérées. Les films ont montré des propriétés antimicrobiennes et antioxydantes améliorées à mesure que le rapport de carvacrol augmentait.

Cette étude a examiné les propriétés antioxydantes et antimicrobiennes des films d'emballage composés d'alcool polyvinylique (PVA), de LSE et d'une quantité fixe de polyamide amine hyperramifié (PAMAM) comme plastifiant. Les propriétés chimiques, mécaniques et thermiques des films préparés ont été étudiées. Les films ont été utilisés pour conserver le fromage cheddar. Après conditionnement, les propriétés biologiques des films et la qualité du fromage ont été étudiées.

Les graines de L. sativum ont été cultivées en Egypte et achetées sur le marché local du Caire. Les graines ont été authentifiées à l'Herbier du Département de chimie et de systématique des plantes, Centre national de recherche (NRC), Égypte. Le PVA (degré de polymérisation = 1700–1800) a été obtenu auprès de Qualikms Fine Chemicals Pvt. Ltd., New Delhi, Inde. Le PAMAM hyperbranché a été préparé et caractérisé en interne selon une référence20. Tous les solvants ont été utilisés tels que reçus. Cinq espèces bactériennes d'origine alimentaire ont été utilisées dans cette étude, dont trois souches gram-négatives, E. coli O157.H7 souche 93 111, P. aeruginosa ATCC 9027 et S. Typhimurium ATCC 14 280, et deux souches gram-positives, L. monocytogenes ATCC 7644 et S. aureus ATCC 25,923. Toutes les souches ont été stockées à - 20 ° C dans un milieu de bouillon tryptone soja contenant 15% de glycérol. Le Département de microbiologie de la Faculté d'agriculture de l'Université du Caire a généreusement fourni toutes les souches bactériennes.

Les graines de LS (5 g) ont été trempées dans de l'eau et incubées pendant une nuit. L'extrait a été séparé par filtration et utilisé pour préparer les solutions de moulage. Une quantité appropriée de PVA a été dissoute dans de l'eau chaude, un volume défini de la solution de PVA a été mélangé avec du LSE selon le rapport présenté dans le tableau 1. Il a été agité soigneusement avec un agitateur magnétique. 0,5 g de PAMAM a été ajouté comme plastifiant et 0,5 g d'acide citrique a été ajouté pour la réticulation. La solution a été bien mélangée. Ensuite, les bulles d'air ont été éliminées à l'aide d'un aspirateur. La solution est versée dans des coupelles en verre et laissée sécher à température ambiante puis dans une étuve à 60°C.

La capacité antioxydante des films actifs préparés a été mesurée selon une méthode décrite par ailleurs21. La solution fraîchement préparée de 2,2 diphényl-1-picrylhydrazyl (DPPH) (6 × 10-5 M dans du méthanol) a été vortexée et laissée à température ambiante pendant 30 min dans l'obscurité. Les échantillons de film (environ 0,2 g) ont été pesés dans un tube en verre (30 ml) et ajoutés à une solution de DPPH de 4 ml (dilué). Le pourcentage d'inhibition de DPPH a été déterminé en mesurant l'absorbance des échantillons à 517 nm. L'échantillon témoin (sans film) a également été mesuré. Le pourcentage d'inhibition des radicaux DPPH a été calculé à l'aide de l'équation suivante :

où A est l'absorbance.

Les propriétés antimicrobiennes des films ont été évaluées selon22. Les films ont été stérilisés sous lumière UV pendant 30 min de chaque côté, et 0,15 g de chaque film a été inséré dans une microplaque de 24 puits. 2 mL de bouillon nutritif ont été ajoutés à chaque puits, puis inoculés avec 20 µL de culture bactérienne (incubés pendant 24 h à 37 °C) et dilués à une concentration finale de ≈106 UFC/mL, déterminée par comptage. Le test a été réalisé en triple exemplaire. Après incubation pendant 24 h à 37 °C, le nombre de bactéries de chaque échantillon a été déterminé à l'aide de la méthode de la plaque goutte à goutte23.

Le fromage cheddar a été coupé en tranches carrées égales de 4 × 4 cm et des films de mêmes dimensions ont été fixés sur les côtés supérieur et inférieur. Ceux-ci ont été conservés dans des boîtes de Petri jetables de 60 mm, scellées avec du parafilm et conservées au réfrigérateur à 4 ° C. Les échantillons de fromage ont été divisés en trois groupes : (C) sans film (B) recouvert de film et (T) recouvert de film A1. Une analyse microbiologique a été effectuée chaque semaine après le comptage total des levures mésophiles, psychrotrophes, moisissures et coliformes. Différents échantillons de fromage ont été hachés aseptiquement, puis 10 g de chacun ont été transférés dans 90 ml de solutions de citrate trisodique stérilisées (2 % p/v) et homogénéisés par un stomacher pendant 1 min. Des dilutions décimales ont été faites avec une solution saline stérilisée. Les bactéries mésophiles et psychrotrophes totales ont été dénombrées sur une gélose standard (Aldrich) après incubation à 30 ° C pendant 48 h et 7 jours à 4 ° C, respectivement. Une gélose au dextrose de pomme de terre (Conda Espagne) acidifiée avec 1 % d'une solution d'acide lactique à 10 % (p/v) a été utilisée pour compter les levures et les moisissures après incubation à 25 °C pendant 5 jours. Le nombre de coliformes a été déterminé à l'aide d'une double couche de gélose biliée violet-rouge incubée à 37 ° C pendant 24 h.

Quinze échantillons de fromage dans chaque groupe de traitement ont été observés pour détecter une croissance microbienne visible. Le nombre d'échantillons de fromage avarié a été compté et le pourcentage d'altération a été calculé en divisant le nombre d'échantillons avariés par le nombre total d'échantillons de fromage dans chaque groupe de traitement24.

Les données expérimentales ont été évaluées à l'aide d'une analyse de variance (ANOVA) et du test de Duncan, et le logiciel CoSTAT a été utilisé pour détecter des différences significatives entre les moyennes de trois répétitions à p <0,05.

La technique Folch25 a été utilisée pour extraire la graisse des fromages évalués. Chaque échantillon a été broyé de manière homogène. Environ 3 g du matériau ont été transférés dans un bécher de 100 ml et homogénéisés pendant 1 min avec 30 ml de méthanol (IKA Ultra-Turrax® T18 digital). Ensuite, 30 ml de chloroforme ont été ajoutés et l'opération a été répétée pendant 2 minutes supplémentaires. Un bécher en verre de 250 ml a été utilisé pour filtrer le liquide produit. Le résidu solide a été homogénéisé pendant 3 min dans un mélange de 60 mL de chloroforme : méthanol (2 : 1 v/v). Le mélange a été versé dans un seul cylindre. Le filtrat complet a été ajouté à une solution de NaCl2 à 0,88 % dans l'eau (déterminant 14 volumes de filtrat), agité et laissé pendant une nuit. La couche supérieure a été retirée et une combinaison d'eau et de méthanol (1:1 v/v) a été ajoutée à la couche inférieure avant un lavage répété. La couche résiduelle a été filtrée avec du sulfate de sodium anhydre sur du papier filtre, et le solvant a ensuite été distillé.

La valeur Cox des huiles a été calculée à partir du pourcentage d'acides gras selon Fatemi et Hammond26 en utilisant l'équation suivante :

La structure chimique des matériaux préparés a été étudiée avec un instrument Bruker VERTEX 80 ATR-FTIR (Allemagne) combiné avec Platinum Diamond ATR, comprenant un disque de diamant. Le réflecteur interne a une portée de 400–4000 cm−1 avec une résolution de 4 cm−1 et un indice de réfraction de 2,4. La stabilité thermique a été étudiée à l'aide d'un analyseur thermogravimétrique (TGA), avec une plage de chauffage allant de la température ambiante à 700 °C et une vitesse de chauffage de 10 °C/min sous une atmosphère de N2. Les propriétés mécaniques des films ont été mesurées avec un testeur mécanique INSTRON, cinq échantillons ont été mesurés pour chaque film. L'analyse UV a été mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre (Shimadzu, Allemagne). L'empreinte digitale extraite a été étudiée à l'aide d'une analyse HPLC à l'aide d'une série Agilent 1260. La séparation a été réalisée à l'aide d'une colonne Eclipse C18 (4,6 mm x 250 mm di, 5 μm). La phase mobile était constituée d'eau (A) et d'acide trifluoroacétique à 0,05 % dans de l'acétonitrile (B) à un débit de 1 ml/min. La phase mobile a été programmée consécutivement dans un gradient linéaire comme suit : 0 min (82 % A) ; 0–5 min (80 % A) ; 5–8 min (60 % A) ; 8–12 min (60 % A) ; 12–15 min (85 % A) et 15–16 min (82 % A). Le détecteur multi-longueurs d'onde a été contrôlé à 280 nm. Le volume d'injection était de 10 µl pour chacune des solutions échantillons. La température de la colonne a été maintenue à 35°C.

La composition en acides gras a été déterminée en utilisant les procédures décrites par Zahran et Tawfeuk27. Les esters méthyliques d'acides gras des échantillons d'huile ont été analysés pour leurs constituants par GLC-FID (Chromatographie en phase gazeuse HP 6890 occupée avec un détecteur à ionisation de flamme, Hewlett Packard, USA). Le volume d'injection était de 1 μL avec un rapport de division de 50,1. Une colonne capillaire Supelco™ SP-2380 (60 m × 0,25 mm × 0,20 μm, Sigma-Aldrich, USA) a été utilisée et les températures du détecteur et de l'injecteur ont été réglées à 250 °C. Le programme thermique a été démarré à 100 °C et porté à 230 °C à une vitesse de 15 °C/min (maintien pendant 30 min). Le gaz porteur était de l'hélium à un débit de 1,2 mL min-1.

Sans objet pour cette étude. Confirmer que toutes les recherches expérimentales, y compris la collecte de matériel végétal, sont conformes aux directives et à la législation institutionnelles, nationales et internationales pertinentes.

Le LSE aqueux a été extrait de la graine entière par de l'eau distillée à température ambiante. La procédure d'extraction simple a donné des composés naturels d'activité antimicrobienne et de faible cytotoxicité28. La composition de l'extrait obtenu a été analysée par HPLC. Douze composés phénoliques ont été détectés dans l'extrait de graines (tableau 2). La rutine, l'acide sinapique et l'acide p-hydroxybenzoïque étaient les composés phénoliques les plus abondants dans les extraits aqueux de graines de cresson, en accord avec29 Abdel-Aty et al. et Kaiyrkulova et al.30.

Des films autoportants à partir de mélanges LSE/PVA ont été préparés selon le schéma 1. Bien que le PVA ait agi comme une matrice de maintien appropriée pour l'extrait, la concentration optimale de PVA devait être identifiée pour obtenir un film de haute qualité. Les premiers essais de préparation de film ont échoué en raison de la grande rigidité des films formés. Les concentrations des solutions de PVA et leur rapport à l'extrait sont présentés dans le tableau 2. Le film F1 contenait 10 % de solution de PVA, et cette quantité a été réduite à 5 % dans F2. Le premier film était bien meilleur que le second. Cependant, le film F3 contenait la même quantité de PVA que F2 mais le double de la quantité d'extrait, ce qui a aggravé son aspect et ses propriétés mécaniques. Les polymères hyperramifiés sont une classe de macromolécules caractérisées par leur faible viscosité en solution et à l'état fondu et la présence de nombreuses terminaisons fonctionnelles31. Ainsi, le PAMAM hyperramifié a été ajouté en petites quantités aux formulations de film pour plusieurs raisons. Il peut agir comme plastifiant et donc améliorer les propriétés mécaniques du film, il n'est pas toxique32, et ses groupements terminaux amines pourraient avoir une activité biologique (sa structure est représentée sur le schéma 1).

Étapes de préparation pour la réalisation de films autoportants adaptés aux emballages alimentaires.

La structure chimique de PAMAM est étudiée à l'aide de FTIR et le spectre illustré à la Fig. 1A a révélé des bandes à 3388 et 3279 cm-1 correspondant respectivement aux groupes NH et NH2 et des bandes pour le CH aliphatique à 2933 et 2836 cm-1. Une bande pour l'amide C=O peut être observée à 1629 cm-1 tandis que la bande de NH-CO apparaît à 1560 cm-1. La structure chimique des films préparés a été étudiée à l'aide de FTIR et les spectres sont présentés sur la figure 1B. Les trois films étudiés comprenaient du PVA pur (A), A1 et A2. La bande à 3300 cm-1 est attribuée au groupe OH, et les bandes qui apparaissent à 1725 cm-1 sont caractéristiques de C=O (un groupe ester) formé en raison de la réaction de réticulation de l'acide citrique et du PVA33. De plus, le spectre du film A2 montrait des bandes plus larges et se chevauchant à 1490–1620 cm−1 correspondant à C–O, C–OH et C–C dues aux flavonides dans le LSE34,35. Ceux-ci apparaissent fortement puisque cette formulation contient une plus grande quantité d'extrait par rapport à la matrice PVA. L'élargissement des bandes peut être attribué aux interactions intermoléculaires et intramoléculaires avec les chaînes PVA sans réaction chimique36. Il convient de souligner que les bandes caractéristiques de PAMAM sont toutes recouvertes par les bandes polymères et LSE en raison de la faible quantité de PAMAM utilisée dans les formulations des films.

Spectres FTIR de : (A) PAMAM et (B) films préparés.

La stabilité thermique des films préparés a été étudiée à l'aide de TGA, et les résultats sont démontrés à la Fig. 2. En général, tous les échantillons ont montré plus d'une étape de dégradation et étaient thermiquement stables jusqu'à près de 300 ° C, à l'exception du film A3. La première étape de dégradation vers 120 °C peut être attribuée à la perte d'eau. Cependant, une quantité croissante de l'extrait dans les formulations de film a diminué leur stabilité thermique, comme observé à partir de la perte de poids de 10 % (tableau 2). L'ordre de la stabilité thermique du film était A > A1 > A2 > A3. Néanmoins, le film A3 a montré une dégradation thermique précoce à 200 à 290 °C qui peut être attribuée à la dégradation du LSE. Il a été rapporté précédemment que la dégradation de la gomme de graines de cresson peut se produire à une température supérieure à 200 ° C en raison de la désintégration des chaînes de polysaccharides macromoléculaires (10). Une dernière étape de dégradation peut être observée à 300 liée aux chaînes de PVA.

TGA des films d'emballage A1, A2 et A3 par rapport au film A pur.

L'étude des propriétés mécaniques d'un film d'emballage est essentielle pour évaluer les performances du film. Les propriétés mécaniques représentées par la résistance à la traction (TS) et le pourcentage de déplacement (D) des composites ont été étudiées. Les résultats de l'analyse TS ont montré que l'augmentation de la quantité de LSE dans la composition du film réduisait la TS du film obtenu. Les composés polyphénoliques peuvent former des liaisons hydrogène avec des groupes amino et hydroxyle dans la matrice polymère ou le plastifiant, affaiblissant les interactions intermoléculaires qui stabilisent les chaînes polymères (tableau 2). De plus, les valeurs obtenues pour D ont montré la même tendance décroissante en notant que la différence de valeurs entre A1 et A2 est très faible. Ce résultat peut être attribué à la présence d'agglomérations qui créent des vides entre la matrice polymère (PVA) et l'extrait, ce qui facilite la rupture de l'échantillon37. Le film A3 était composé de 75 % de LSE et de 25 % de PVA, il était donc plus mince que les autres et facile à rompre et par conséquent ne pouvait pas être mesuré par le testeur mécanique.

L'étude de la morphologie de surface du film a démontré que le film A1 a une surface lisse et homogène, contrairement au film A2, qui a révélé des agrégats et de petites fissures (Fig. 3). La surface hétérogène observée de A2 peut être attribuée à une quantité inférieure de PVA, qui fonctionne comme une matrice de maintien pour l'extrait. De plus, des changements structurels dans les cellules végétales peuvent se produire dans les films séchés à l'air38. Par conséquent, le séchage à l'air facilite le transfert de masse à travers la matrice solide28.

Images SEM des échantillons A, A1 et A2 (X = 6000).

Les activités antioxydantes des films composites PVA/PAMAM chargés de LSE à différents rapports (A1, A2 et A3), comme indiqué dans le tableau 2, ont été évaluées à l'aide d'un test de piégeage des radicaux libres DPPH. Les échantillons traités ont été comparés au film A pur. L'activité de piégeage du DPPH (un radical libre stable) en présence de différents films a été déterminée en suivant la diminution de ses valeurs d'absorbance à 517 nm. Comme le montre la figure 4, le film (A3) présentait une activité antioxydante plus élevée, suivi de A2 et A1, par rapport au film pur A. Cela peut être attribué à la capacité de LSE à donner des atomes d'hydrogène actifs ou à transférer des électrons pour réduire le DPPH. L'activité antioxydante significativement plus élevée du film A3 peut également être attribuée à la concentration plus élevée de LSE dans la formulation du film.

Pourcentage d'inhibition des différents films préparés.

L'activité antimicrobienne de différents films a été testée contre cinq bactéries d'origine alimentaire (Fig. 5). Le film PVA A n'a pas affecté le nombre de bactéries par rapport au témoin. Le film A1 avait une activité antimicrobienne contre toutes les bactéries testées à l'exception de S. Typhimurium (p < 0,05). De plus, A2 possédait une activité antimicrobienne contre toutes les bactéries testées. E. coli et L. monocytogenes ont été entièrement supprimés par A3. L'effet antimicrobien de différents films contenant différentes concentrations de LSE est ordonné comme suit : A3 > A2 > A1. L'activité antimicrobienne du LSE pourrait être due à sa teneur élevée en rutine, qui a une activité antimicrobienne très puissante39. Abdelghany et al.34 ont découvert que l'incorporation de LSE dans les films PVA augmentait leur activité antimicrobienne contre E. coli, S aureus et P. aeruginosa. Douze composés phénoliques ont été détectés dans le LSE (tableau 2). La rutine, l'acide sinapique et l'acide p-hydroxybenzoïque, qui sont les composés phénoliques les plus abondants dans les extraits aqueux de graines de Lepidium en accord avec30,40. La rutine s'est avérée avoir une activité antimicrobienne contre les bactéries, les levures et les moisissures41. L'acide sinapique a démontré une activité antimicrobienne dans diverses études sur les agents pathogènes végétaux et humains42. L'acide p-hydroxybenzoïque, un dérivé monohydroxyphénolique de l'acide benzoïque, est couramment utilisé comme antioxydant et antimicrobien dans les aliments, les boissons, les médicaments et les cosmétiques43.

L'effet antimicrobien de différents films. Différentes lettres majuscules indiquent des différences significatives pour le nombre de bactéries au sein du même traitement. Les lettres minuscules indiquent des différences significatives pour différents traitements au sein de la même bactérie (p < 0,05). Les résultats représentent la moyenne de 3 répétitions ± sd.

Selon les propriétés mécaniques et physiques appropriées du film A1, celui-ci a été choisi comme film d'emballage actif pour la conservation du fromage. L'évaluation de l'effet du film PVA-LSE sur la qualité microbienne du fromage a été réalisée par comptage des bactéries mésophiles totales, des bactéries psychrotrophes, des levures, des moisissures et des bactéries coliformes dans les trois groupes de fromage, à savoir (C) témoin découvert, (B) recouvert de PVA, et (T) recouvert de A1 (tableau 3). Après 2 semaines de stockage au froid à 4 ° C, les groupes C et B ont développé une détérioration visible dans tous les échantillons, ils ont donc été éliminés de l'analyse microbienne. Pour les bactéries mésophiles, les comptes ont augmenté de manière significative dans tous les traitements avec le temps de stockage. Cependant, les échantillons T ont enregistré moins de comptages que les groupes C et B ; de plus, les échantillons de T n'ont pas augmenté de manière significative de la semaine 1 à 4 de la conservation au froid (p < 0,05). La même observation a été observée pour les dénombrements de bactéries psychrotrophes et les dénombrements de levures et de moisissures. Cependant, dans le traitement T, le nombre de levures et de moisissures a augmenté de manière significative jusqu'à la 4ème semaine de stockage. La détection de bactéries coliformes dans les fromages et les produits laitiers résulte de l'utilisation de lait cru ou de mauvaises conditions d'hygiène de fabrication et de manipulation44. Certains États américains ont des limites de 10 (1 log) ou 100 (2 log) UFC/g pour les coliformes dans le fromage, tandis que la Commission européenne ne réglemente pas les limites de coliformes dans le fromage. Les bactéries coliformes ont été détectées dans les échantillons de fromage en un temps zéro, alors qu'elles étaient indétectables dans les échantillons T après 1 semaine de stockage réfrigéré jusqu'au bout de 4 semaines d'analyse. Une étude de Salem et al.45 a incorporé le LSE dans un film de gélatine et a montré des effets de conservation sur la qualité du fromage. Abdel Aziz et Osheba46 ont suggéré que la pulvérisation des filets de poisson avec un extrait aqueux de L. sativum réduisait la charge microbienne et améliorait la durée de conservation. L'enrobage comestible de mucilage de L. sativum a également été appliqué pour prolonger la durée de conservation des lanières de pommes de terre fraîchement coupées47.

L'altération visuelle du fromage cheddar a été suivie pendant 4 semaines de stockage réfrigéré. Les figures 6a à c montrent qu'après 2 semaines de stockage au froid, 100% des échantillons témoins non recouverts de film et des échantillons B recouverts de film PVA présentaient une altération visuelle par des colonies de levures et des champignons filamenteux. Par contre, environ 10 % des échantillons de fromage T recouverts de PVA-LSE étaient avariés. Aux 3ème et 4ème semaines, 22% et 57% des échantillons T montraient des colonies de levure visibles mais pas de champignons filamenteux. De plus, l'invasion des colonies de levures à la surface du fromage était moindre que dans les autres traitements (Fig. 7).

Développement de la détérioration visuelle sur la surface du fromage de (C) fromage témoin non recouvert, (B) fromage recouvert de film (A) et (T) fromage recouvert de film (A1). (a) Zéro temps, (b) après 2 semaines, et (c) après 4 semaines de stockage réfrigéré.

Pourcentage de décomposition des différents traitements du fromage. (a) Décomposition (%) de différents échantillons de fromage au cours de la deuxième semaine de stockage. (b) Décroissance (%) des échantillons T pendant la période de stockage. Les données sont les moyennes ± SE (n = 15). Des lettres différentes indiquent des différences significatives (p < 0,05).

Dans cette étude, les AGS prédominaient dans tous les fromages examinés (63,68–74,93%). Une teneur significativement plus faible en AG polyinsaturés (0,13–4,44%) a également été trouvée dans les fromages pendant la période de stockage de 4 semaines. De plus, tous les échantillons de fromage contenaient les principaux AGS, l'acide palmitique, l'acide myristique et l'acide stéarique (tableau 4). De plus, la teneur en MUFA était significativement plus élevée (p <0, 05) dans les échantillons traités par film enduit avec LSE que dans les échantillons témoins (tableau 4). Dans tous les traitements, l'acide oléique (C18.1) était le principal AGMI, tandis que l'acide linoléique (C18.2) et l'acide linolénique (C18.3) sont les AGPI les plus importants, mais ils ont été trouvés à des pourcentages plus faibles. La teneur en AGCC, à l'exception de l'acide caprique et laurique, ne différait pas significativement entre les témoins et les groupes de traitement. Le fromage pelliculé pur sans LSE et les échantillons témoins contenaient des AG trans avec un pourcentage compris entre 1,11 et 2,10 %, tandis que les échantillons de fromage enrobés de films préparés traités au LSE ne contenaient pas de gras trans pendant les différentes périodes de stockage. Tsuzuki48 a rapporté que l'ajout d'antioxydants aux graisses et aux huiles (pendant le traitement et la cuisson) facilitait le contrôle de la formation de graisses trans induite par la chaleur des graisses insaturées. Cela peut expliquer pourquoi l'effet antioxydant du LSE aide à prévenir la formation de gras trans dans les échantillons de fromage enrobé. L'oxydabilité (valeur Cox) de la graisse extraite de différents échantillons de fromage a été calculée comme étant de 0,40 à 0,98 (Fig. 8) ; la valeur Cox élevée démontre la résistance à l'oxydation. Prandini et al.48 ont indiqué que le fromage fabriqué à partir de lait de vache contenait des AGS allant de 65,23 à 68,52 %, la teneur en AGMI variait de 27,90 à 31,19 % et la teneur en AGPI variait de 3,48 à 4,17 %49. Paszczyk et Łuczyńska50 ont établi que la teneur en MUFA et PUFA du fromage commercial fabriqué à partir de lait de vache était de 27,92 % et 3,31 %, respectivement.

Valeurs d'oxydabilité des échantillons de fromage.

Des films d'emballage actifs pour le fromage cheddar ont été préparés à partir de mélanges contenant différents ratios de PVA et de LSE. La polyamide amine hyperramifiée (PAMAM) en tant que plastifiant a été ajoutée en petite quantité dans toutes les formulations. Il a été constaté que l'augmentation de la quantité de LSE dans la composition du film réduisait les propriétés thermiques et mécaniques. De plus, l'activité antioxydante du film contenant la plus grande quantité de LSE était d'environ 86 %, et une réduction notable de l'activité antioxydante a été observée en diminuant la quantité de LSE dans la composition du film. L'activité antimicrobienne du film d'emballage a été étudiée contre différents micro-organismes. Les résultats ont démontré que l'ordre d'activité antimicrobienne des films était A3 > A2 > A1. Le pourcentage de décomposition des échantillons de fromage recouverts du film traité était de 10 % après une semaine de stockage, tandis que les échantillons recouverts de films non traités présentaient un pourcentage de décomposition de 100 %. L'étude du profil des AG extraits d'échantillons de fromage a confirmé la présence d'AG trans dans des échantillons recouverts de films non traités, alors que dans d'autres échantillons, aucun AG trans n'a été détecté. Les résultats de cette étude montrent que les films d'emballage contenant du LSE sont des films actifs prometteurs pour les produits laitiers qui peuvent prévenir les attaques bactériennes et prolonger leur durée de conservation.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article.

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Financement en libre accès fourni par The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en coopération avec The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Cette recherche a reçu un financement du Centre national de recherche et STDF, Égypte.

Département des matériaux d'emballage et d'emballage, Centre national de recherche, Dokki, 12622, Le Caire, Égypte

Mona Abdel Rehim

Département des graisses et des huiles, Institut de recherche sur les industries alimentaires et la nutrition, Centre national de recherche, Dokki, 12622, Le Caire, Égypte

Hamdy A. Zahran

Département des produits laitiers, Institut de recherche sur les industries alimentaires et la nutrition, Centre national de recherche, Dokki, 12622, Le Caire, Égypte

Marwa Al-Moghazy

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MAR a conçu l'étude, contribué au travail expérimental et d'analyse, interprété les résultats et rédigé le manuscrit ; HZ a contribué au travail expérimental et d'analyse, interprété les résultats et rédigé le manuscrit ; MA-M. a contribué au travail expérimental et d'analyse, interprété les résultats et rédigé le manuscrit.

Correspondance à Marwa Al-Moghazy.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Rehim, MA, Zahran, HA & Al-Moghazy, M. Synthèse de films d'emballage actifs à partir de composites gomme/alcool polyvinylique de Lepidium sativum et leur application dans la conservation du fromage cheddar. Sci Rep 13, 1647 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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Reçu : 06 novembre 2022

Accepté : 13 janvier 2023

Publié: 30 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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