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          Last update : February 5, 2014
Design, processing and characterization of innovative functional bio-nano-materials for packaging

Conception, mise en oeuvre et caractérisation de nouveaux bio-nano-matériaux fonctionnels pour le domaine de l'emballage


Nathalie Lavoine

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on November 15, 2013
Thèse soutenue le 15 Novembre 2013

LGP2

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Abstract

   


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The present work investigates the potential of microfibrillated cellulose (MFC) coated onto cellulosic substrates as controlled delivery system (CDS) of antibacterial molecules for food-packaging.

Two coating processes and three substrates were compared. MFC was coated onto paper and cardboard substrates, enhancing their air resistance and bending stiffness with a minimum coat weight of 8 g/m². Microscopic analyses at nanoscale underlined the nanoporous MFC network preserved onto the substrate surface even after coating. For the first time, this network was used as CDS of various molecules and proved its efficiency by releasing molecules more progressively and over a longer period. The antibacterial activity was effective against non-pathogenic bacteria, leading to the improvement of the food shelf-life. The application of this new material was broadened up by using simultaneously cyclodextrins and MFC, which also led to very promising results.

This PhD proposing 8 articles in scientific journals, paves the way for new high-added value applications in the field of controlled delivery systems by using MFC-based materials, within active packaging or medical fields.

Résumé

Ce travail propose un nouveau type de matériau à base de nanocellulose et de papier carton pour l’emballage alimentaire. L’utilisation des microfibrilles de cellulose (MFC) montre en effet un réel potentiel en tant que systèmes de libération contrôlée de molécules antibactériennes.

Deux procédés de couchage et trois substrats cellulosiques sont comparés. Un poids de couche de 8 g/m² de MFC est atteint, améliorant ainsi la rigidité à la flexion et diminuant la perméabilité à l’air des matériaux. Des analyses microscopiques mettent en évidence la conservation, après couchage, du réseau nano-poreux des MFC en surface des matériaux enduits. Pour la première fois, ce réseau est utilisé afin de libérer des molécules actives plus progressivement et sur une période prolongée. Leur action antibactérienne inhibe la croissance de bactéries non pathogènes sur le long terme et prolonge la durée de conservation des aliments. L’utilisation simultanée de cyclodextrines et de MFC élargit le domaine d’application de ce nouveau matériau, donnant lieu à des résultats très prometteurs.

Cette thèse, qui a donné lieu à la publication de huit articles dans des journaux scientifiques, favorise le développement de nouvelles applications à haute valeur ajoutée à base de microfibrilles de cellulose pour des systèmes de libération contrôlée dans l’emballage actif ou encore le secteur médical.

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