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Development of Cellulose Nanocrystal (CNC) Reinforced Bio polymeric Matrix for Microencapsulation of Bioactive Compounds

Huq, Tanzina (2014). Development of Cellulose Nanocrystal (CNC) Reinforced Bio polymeric Matrix for Microencapsulation of Bioactive Compounds Thèse. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 288 p.

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Résumé

La nanotechnologie a connu une croissance rapide en recherche, avec des applications en sciences alimentaires, comme une technologie émergente. Les potentiels de la nanotechnologie sont explorés dans divers projets de recherche pour la sécurité alimentaire et le développement d'aliments fonctionnels. La cellulose nanocristalline (CNC) est un nanomatériau cellulosique. En application dans les aliments, ce nanomatériau a été appliqué comme biopolymère alimentaire. Une matrice alginate de base renforcée de CNC a été développée pour la microencapsulation de composés bioactifs (probiotiques et les composés antimicrobiens). A un niveau de 5% en poids, la concentration en CNC a été optimisée dans une matrice d'alginate suite à l'amélioration de la résistance à la traction de 37% de films et la réduction de perméabilité à la vapeur d'eau de 31% par rapport à la matrice d'alginate. On a constaté qu’une concentration de 5% en poids dans une matrice d'alginate CNC a également amélioré les propriétés thermiques et morphologiques. Ce niveau optimisé de 5% en poids de CNC dans la matrice d'alginate a été utilisé pour la microencapsulation de composés antimicrobiens tels que la nisine et d'huiles essentielles afin d'améliorer la sécurité alimentaire des produits carnés prêts -à-manger (RTE) pendant le stockage, suite à une activité contre la bactérie Listeria monocytogenes. Il a été constaté que la nisine microencapsulée (63μg/ml) dans de l'alginate-CNC permet d’améliorer son activité et disponibilité 20 fois et a réduit la présence de L. monocytogenes par 3.04 log UFC / g par rapport à celle de la nisine libre (63μg/ml) pendant 28 jours de stockage à 4° C. Cette étude a révélé une nouveauté, soit par le développement de films d'alginate-CNC pour la microencapsulation de la nisine qui présentait un effet de protection des produits carnés prêts à consommer. Après avoir constaté l'effet antimicrobien de concentrations différentes de nisine micro-encapsulée et libre sur le système carné RTE, la plus faible concentration de nisine (16μg/ml) active a été évaluée en combinaison avec l’origan ‘compactum’ ou la cinnamome ‘cassia’ (250 μg / ml) pour vérifier l'effet synergique de l’irradiation γ ou la pasteurisation à froid. La popularité dans le monde des produits contenant des probiotiques a augmenté énormément dont certains qui sont très reconnus comme nutraceutiques. Mais ces produits montrent une viabilité très inférieure du probiotique pendant le stockage et en état gastrique. Notre matrice d'alginate- CNC développée a été utilisée pour la microencapsulation de probiotiques (Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595) pour améliorer sa stabilité au cours du stockage. La concentration de CNC a été une fois de plus optimisée avec une matrice d'alginate en vérifiant la viabilité pendant la lyophilisation. Les résultats ont montré que 13 % en poids de CNC dans des microbilles d'alginate a seulement réduit la viabilité de L. rhamnosus par 0.01 log alors que le log de la viabilité des microbilles d’alginate a été réduit de 0.95 log après le séchage libre. On a également constaté que 13 % en poids de CNC en combinaison avec des microbilles d'alginate -lécithine a montré une plus grande amélioration de la viabilité au cours du stockage. Les résultats ont démontré que cette formulation a augmenté de 61 % la viabilité des probiotiques après 42 jours de stockage à 25˚ C par rapport à des contrôles de microbilles d'alginate. Cette formulation de microbilles d'alginate- CNC-lécithine a amélioré la viabilité de L. rhamnosus de 52 % au cours de la transition complète à travers le passage gastrique par rapport à microbilles d'alginate. Il y a eu aussi une nouvelle formulation de revêtements développée à l'aide d'alginate, de pectine et de CNC, afin d'améliorer la stabilité de L. rhamnosus à 25˚ C en utilisant un modèle de type ‘composite central’. Cette formulation de revêtement a montré une bonne stabilité de L. rhamnosus à la température ambiante jusqu'à six mois de stockage. L'interaction observée entre les formulations de revêtement d'alginate pectine-CNC a également présenté une viabilité de 84% après le passage gastrique.En résumé, cette thèse a été entreprise pour développer des systèmes de microbilles biopolymères comestibles pour l'application dans le domaine de l’alimentation et à des fins nutraceutiques. L'utilisation de CNC a créé une voie innovante pour l'industrie alimentaire et nutraceutique

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Lacroix, Monique
Co-directeurs de mémoire/thèse: Riedl, Bernard (Université Laval)
Mots-clés libres: listeria-monocytogenes ; alginate ; nisine ; irradiation ; gamma ; lactobacillus-rhamnosus ; probiotique ; nanocristal
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 05 nov. 2015 21:21
Dernière modification: 05 nov. 2015 21:21
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2757

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