Membranes nanofibres CMCS/PEO avancées par électrofilage pour une conservation améliorée de la fraîcheur des fruits

Résumé

L'électrofilage fournit une méthode efficace pour générer des nanofibres à partir de solution de chitosane carboxyméthylé/oxyde de polyoxyéthylène (CMCS/PEO). L'objectif de ce travail est d'explorer l'application potentielle de membranes nanofibres CMCS/PEO électrofilées dans la conservation des fruits. La microstructure, l'activité antibactérienne, l'hydrophilie et la perméabilité à l'air de la membrane nanofibre ont été testées. Pour comparaison, les effets de conservation de film alimentaire commercial et de membranes nanofibres CMCS/PEO sur le taux de pourriture et le taux de perte de poids des fraises ont été étudiés. Les résultats indiquent que la membrane nanofibre CMCS/PEO électrofilée pourrait efficacement éviter la perte d'eau dans les fraises et a un effet remarquable pour prolonger leur durée de conservation grâce à sa respirabilité et son activité antibactérienne. De plus, la membrane nanofibre composite CMCS/PEO est non toxique et comestible, pouvant être utilisée dans l'industrie alimentaire.

Contexte

Le développement de films et revêtements protecteurs pour aliments est passé de traitements physiques ou mécaniques à la protection chimique. On se concentre sur les matériaux biologiques qui possèdent pour la plupart la comestibilité tels que protéines, lipides et polysaccharides au lieu des films protecteurs traditionnels comme le plastique, le papier et la paraffine [1, 2]. Avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement, les revêtements et films comestibles peuvent être largement utilisés dans l'alimentation, surtout pour les fruits et légumes qui nécessitent une fraîcheur hautement maintenue. Un simple revêtement, même une fine couche de membrane avec des caractéristiques spécifiques, peut atteindre de meilleurs effets [3]. Le chitosane est un excellent ajustement naturel dans l'alimentation grâce à sa biodégradabilité, biocompatibilité, activité antimicrobienne, non-toxicité, et propriétés chimiques et physiques polyvalentes [4, 5], et avec sa propriété antibactérienne unique, sa résistance à la pourriture et sa capacité à former des films, il a été largement utilisé en médecine, textile et alimentation [6,7,8,9]. Particulièrement, le chitosane peut être dérivé des matières premières de ver à soie, crevettes et carapaces de crabes, qui sont largement et abondamment distribuées dans la nature [10].

L'électrofilage, qui fabrique continuellement des membranes nanofibreuses souples [11, 12], peut offrir une protection douce aux fruits. Cela peut aider à résoudre les problèmes de stockage et transport de certains fruits comme la fraise, tomates cerises et kumquat. Avec une couche de nanofibres souples, la surface du fruit peut être protégée de l'invasion extérieure, comme l'introduction de bactéries et les rayures. Dans plusieurs études, une solution d'acide acétique concentré était utilisée comme solvant pour l'électrofilage de nanofibres de chitosane, et des nanofibres de chitosane carboxyméthylé (CMCS) électrofilées étaient préparées en utilisant de l'eau déionisée comme solvant [13,14,15]. L'oxyde de polyoxyéthylène (PEO) soluble dans l'eau était également ajouté dans la solution CMCS comme adjuvant pour optimiser le processus d'électrofilage [16], reconnu comme un polymère non toxique [17,18,19].

Récemment, une stratégie de conservation des fruits basée sur le chitosane a été rapportée en peignant une solution de chitosane sur la surface du fruit pour former un film humide, mais il existait peu de méthodes pour évaluer les membranes fibreuses basées sur l'électrofilage [20,21,22]. Cependant, le film de revêtement humide fournit un contact entre la peau du fruit et l'humidité de l'air, offrant ainsi une opportunité pour la croissance bactérienne et la perte d'humidité. De plus, cette méthode de revêtement nécessite un séchage tout au long du processus, ce qui cause davantage de dommages potentiels au fruit. Dans ce travail, nous utilisons un nouveau type de dispositif d'électrofilage portatif pour la préparation de film nanofibre CMCS/PEO non toxique et comestible (Fig. 1) [5, 23]. Le but de cette recherche est d'évaluer l'application potentielle de films nanofibres de chitosane dans la conservation des fruits et d'améliorer la qualité des revêtements traditionnels et prolonger la durée de conservation des fraises.

Schéma de la méthode de préparation de la membrane nanofibre CMCS/PEO pour la conservation des fraises