Study of the chemical, physical and functional properties of edible starch-based films

par Ewelina Basiak

Thèse de doctorat en Sciences de l'alimentation

Sous la direction de Frédéric Debeaufort et de Andrzej Lenart.

Le président du jury était Pascal Degraeve.

Le jury était composé de Sandra Domenek, Hanna Kowalska.

Les rapporteurs étaient Pascal Degraeve, Tomasz Jankowski.

  • Titre traduit

    Étude des caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles d'enrobages et de films à base d'amidon


  • Résumé

    La quantité de déchets augmente depuis plusieurs décénies, issus principalement de l'industrie du plastique. La production cumulée de matières plastiques au cours des dix dernières années est supérieure que pendant le dernier millénaire. Une des solutions pour réduire les impacts écologiques et économiques est de dévelopement de films et enrobages biodégradables et/ou comestibles.L'objectif de cette thèse est d'étudier des films et enrobages comestibles à base d'amidon. Quinze types de solutions filmogènes ont été formulés: 3 types d’amidons, amidon + protéines, amidon + huile de colza, amidon + plastifiant. Afin de mieux comprendre le rôle des constituants et les interactions mises en jeu, les propriétés physico-chimiques et structurales des films ont été réalisées. Enfin, les films présentant les meilleurs compromis ont été appliqués sur des prunes.L’étude physico-chimique des films à base d’amidon de maïs, de pommes de terre et de de blé ont permis de retenir l’amidon de blé pour les études suivantes. Une quantité de plastifiant de 50% (par rapport à la masse sèche de biopolymère) a été sélectionnée car elle permet d'obtenir des films souples et resistants sans blanchiment. Afin d'améliorer l'efficacité barrière à l'humidité, de l'huile de colza a été ajoutée par laminage sur le film d’amidon. Les observations de la microstructure montrent une dispersion de gouttelettes d’huile dans la matrice à la place d’une structure multicouche amidon-huile-amidon. Diverses proportions amidon/protéine ont été testées pour améliorer les propriétés fonctionnelles des films. Plus la teneur en protéines est élevée, meilleure est l'efficacité barrière à la vapeur d'eau, à l'oxygène ou aux arômes. En effet, les films sont plus denses et homogènes en présence des protéines. A partir de la meilleure compréhension du rôle de la composition et de la structure sur les performances des films, plusieurs formulations ont été testées comme enrobage ou film sur des prunes fraîches. L’analyse thermographique a été utilisée pour étudier le comportement des prunes pendant le stockage, l’enrobage/film composé de l’amidon enrobage s’est avéré efficace pour retarder la dégradation des fruits.


  • Résumé

    The amount of waste increased annually, mainly from plastic industry. Plastic materials were more produced during the only last ten years than during the last millennium. A potential solution of the ecological and economic problems can be biodegradable or edible films and coatings. The goal of this thesis was to study edible films and coatings based on starch. Fifteen types of film-forming solutions were made: 3 types of starch, starch + different amounts of plasticizer, starch + proteins, starch + oil. To better understanding the interaction between film components, physical, chemical and functional tests were done. Finnaly, validation on real foods (plums) as coatings and films helped to improved edible barrier films for fruit and vegetable preservation.Preliminary physico-chemical studies of corn, potato and wheat starch film properties allowed choosing the wheat starch-based films further experiments. Then, a 50% amount of plasticizer related to dry biopolymer weight was selected aiming to obtain films being not too rigid, that did not break and without blooming. To prove the barrier moisture efficacy, rapeseed oil was added as multilayers films. Microstructure observations displayed that oil was dispersed as droplets instead of layer, thus emulsion-based films were obtained instead of multilayer starch-oil-starch films. Various ratios of starch/protein were assessed to improve functional properties of films. The more the protein content was, the better the barrier efficiency against water vapour, oxygen or aroma were. Indeed, higher protein content films were more dense and homogeneous. From these data obtained on films, and the better understanding how composition and structure affect film performances, several recipes were tested as coatings or films for wrapping fresh plums. Thermographic analysis was used to study the plums behavior during storage, and starch coating was efficient to delay fruit degradation.


  • Résumé

    Z każdym rokiem wzrasta liczba produkowanych odpadów, w szczególmości tych z plastiku. W ciągu pierwszych dziesięciu lat wyprodukowano więcej tworzyw sztucznych niż w przeciągu całego ubiegłego tysiąclecia. Rozwiązaniem tych ekologicznych i ekonomicznych problemów mogą okazać się filmy i powłoki do żywności. Celem tej pracy były studia nad jadalnymi filmami i powłokami na bazie skrobi. Piętnaście rodzajów roztworów powłokotwórczych zostało wytworzonych: z 3 typów skrobi, skrobia + różne stężenia plastyfikatora, skrobia + białka, skrobia + olej. W celu lepszego zrozumienia interakcji pomiędzy komponentami filmu właściwości fizyczne, chemiczne i funkcjonalne zostały zmierzone. W ostatnim etapie walidacja na prawdziwej żywności (powlekanie i pakowanie śliwek) pomogła w udowodnieniu istnienia właściwości barierowych owoców i warzyw podczas przechowywania.Próbne testy fizyko-chemiczne skrobi kukurydzianej, ziemniaczanej i pszenicznej pomogły w wyborze skrobi otrzymywanej z pszenicy do dalszych badań. Następnie wybrano zawartość plastyfikatora. 50% glicerolu względem suchej masy substancji powłokotwórczej nie powodowało twardości i pękania filmów ani też tzw. efektu kwitnienia (intensywnie żółty/ pomarańczowy kolor filmów). W celu poprawy właściwości barierowych olej rzepakowy został dodany. Zdjęcia mikroskopowe obrazują zawieszone krople oleju w matrycy jako emulsja zamiast dodatkowej warstwy, której oczekiwano. Do skrobi zostały dodane również białka serwatkowe w kilku proporcjach. Im więcej białek jest w stosunku procentowym skrobia/proteiny tyym lepsze są właściwości barierowe dla pary wodnej, tlenu i aromatów. Dodatkowo filmy zawierające więcej protein w stosunku procentowym są bardziej gęste i jednolite. Uzyskane informacje pozwoliły na lepsze zrozumienie wpływu kompozycji i struktury filmów i powłok na pakowanie świeżych śliwek. Analiza z użyciem kamery termowizyjnej pozwoliła na ocenę zmian w owocach podczas przechowywania, zaś powłoka skrobiowa efektywnie opóźniała procesy degradacyjne w owocach.


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  • Détails : 1 vol. (306 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.248-274. 319 références

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TNSDIJON/2016/18
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