La revue Viandes et produits carnés

II.1 Définition

L'emballage actif est un emballage destiné à prolonger la durée de conservation ou à maintenir ou améliorer l’état des denrées alimentaires emballées. Il est conçu de façon à intégrer délibérément des constituants qui libèrent ou absorbent des substances dans les denrées alimentaires emballées ou dans leur environnement (Règlement (ce) n°450/2009 de la Commission Européenne du 29 mai 2009).
Les emballages actifs ont été développés en réponse à l’évolution de la société et du marché, afin d’allonger la durée de vie, de maintenir et/ou d’améliorer l’état des denrées alimentaires emballées. Ils permettent au produit et à son environnement d’interagir, tout en assurant la stabilité et la sécurité du produit, grâce à l’introduction d’un ou plusieurs composants actifs (Fang et al., 2017 ; Realini et Marcos, 2014; Règlement (ce) n°450/2009 de la Commission Européenne du 29 mai 2009). Le concept d'emballage actif et son implication dans les nanotechnologies est détaillé en Figure 1. La Figure 2 illustre, quant-à-elle, le cas spécifique de l’utilisation d’emballages actifs à base de bio nano-composites polymères.
Nous nous intéresserons ici aux emballages actifs antimicrobiens, antioxydants, ainsi qu’aux emballages permettant de conserver la couleur de la viande bovine. Nous développerons particulièrement les alternatives « naturelles » qui constituent une réponse intéressante aux enjeux actuels du développement durable. Ces enjeux intègrent la préservation de l’environnement et des ressources naturelles ainsi que l’équité sociale et économique.

Figure 1 : Le concept d'emballage actif et son implication dans les nanotechnologies
(adapté de Mihindukulasuriya et Lim, 2014)

 
Figure 2 : Les emballages alimentaires à base de bio nano-composites polymères : avantages substantiels en matière de protection des aliments (par exemple, vis à vis de la lumière UV et des microbes)
(adapté de Moustafa et al., 2019)

II.2. Les emballages actifs antimicrobiens : absorbeurs de liquides, capteurs ou émetteurs de gaz

La maitrise de la contamination microbiologique des viandes et produits carnés est un enjeu majeur de la filière. En effet, le muscle constitue un excellent milieu de développement pour les germes d’altération, responsables de la détérioration des propriétés organoleptiques de la viande (couleur, odeur, flaveur…) et de la diminution de sa durée de conservation (Fang et al., 2017). Des bactéries pathogènes peuvent aussi se développer, compromettant la sécurité sanitaire des produits.
Le rôle de l’emballage actif antimicrobien est donc de mieux contrôler le développement de ces micro-organismes en maitrisant l’environnement du produit, pour :
- assurer la sécurité des consommateurs
- préserver plus longtemps les propriétés organoleptiques des produits,
- mais aussi allonger la date limite de consommation (Kerry, O’Grady, et Hogan, 2006).
Les emballages actifs antimicrobiens peuvent être actifs de plusieurs manières, selon leur situation dans l’emballage (Coma, 2008 ; Cooksey, 2001 ; Fang et al., 2017).

1) Par incorporation d’un sachet contenant des substances antimicrobiennes dans l’emballage.

Les substances ne sont pas en contact direct avec le produit. Elles sont libérées par diffusion au cours du temps. Dans la plupart des cas, l’action antimicrobienne est permise par des capteurs d’oxygène, des émetteurs de dioxyde de carbone ou de dioxyde de chlore (Coma, 2008). Différentes revues de la littérature font le point sur ces capteurs d’oxygène, dont l’utilisation en industrie est relativement ancienne (Kerry, O’Grady, et Hogan, 2006 ; Vermeiren et al., 1999). Le sachet peut également contenir des substances antimicrobiennes destinées à être en contact avec des denrées alimentaires et qui sont par conséquent soumises au règlement UE n°10/2011 de la Commission du 14 janvier 2011 (Commission Européenne, 2011), bien qu’à notre connaissance aucun exemple ne puisse être donné.

2) Par incorporation directe de la substance active dans le film d’emballage.

Récemment, des projets et brevets ont fait état de l’intérêt de plusieurs extraits de plantes et huiles essentielles comme substances actives antimicrobiennes, sans que les mécanismes soient totalement expliqués. L’huile essentielle de clou de girofle, de cannelle et d'illicium verum (Zhang et al., 2019), ou encore l’huile essentielle de pelures de mangue (Yuan et al., 2018) en font partie. Un emballage antimicrobien à base de carvacrol ou de thymol, contenus respectivement dans l’origan et le thym a récemment été développé en enduisant le film plastique conventionnel d’un chitosan contenant les molécules actives (Debeaufort et Kurek, 2017). Le chitosan ayant un effet antimicrobien intrinsèque (Aminzare et al., 2016), son association avec les substances actives permet de tirer des bénéfices cumulés. Toutefois, ce type d’associations reste complexe à mettre en application. Parmi ces substances, les huiles essentielles à base d'origan, de romarin, de thym, de clou de girofle, de mélisse, de gingembre, de coriandre et de marjolaine présentent les effets antimicrobiens les plus intéressants sur la viande et les produits carnés. L’origine précise des propriétés antimicrobiennes des extraits de plantes et des huiles essentielles n’est pas encore totalement expliquée. Récemment, des travaux ont été conduits sur l’incorporation d'huile essentielle d'origan et de resvératrol en nanoémulsion dans de la pectine servant ainsi d’enrobage comestible de viande de porc fraîche, le tout étant placé sous atmosphère modifiée à haute teneur en oxygène (Xiong et al., 2020). Les résultats ont montré que l'enrobage par incorporation d'huile essentielle d’origan et de resveratrol prolongeait significativement la durée de conservation de la viande de porc en minimisant le pH et le changement de couleur, en retardant l'oxydation des lipides et des protéines, et en inhibant la croissance microbienne.

3) Par revêtement de la surface de l’emballage

Un revêtement peut être réalisé avec une matrice vectrice d’agents antimicrobiens, qui prend effet par évaporation (substance volatile) ou par contact direct (substance non volatile).
L'incorporation de différents nanomatériaux dans des polymères d'origine biologique peut améliorer les diverses propriétés des matériaux d'emballage en renforçant l'activité antimicrobienne et en prévenant ainsi le développement des agents pathogènes d'origine alimentaire et des organismes d’altération.
Les principaux nanomatériaux utilisés sont :
- le chitosane,
- la fécule de pomme de terre,
- la carboxyméthylcellulose (CMC),
- l'amidon de maïs
- la gomme arabique.
L’incorporation de ces nanomatériaux entraîne une amélioration notable des propriétés des matériaux d'origine biologique en tant que matériaux d'emballage alimentaire.

II.3. Les emballages actifs antioxydants

Au-delà du risque de développement des microorganismes aérobies en présence d’oxygène, le contact des viandes avec l’oxygène gazeux favorise l’oxydation des lipides (provoquant le rancissement de la viande et produisant des aldéhydes indésirables), les pertes nutritionnelles et le développement d’odeurs et de flaveurs indésirables. Les oxydations du pigment musculaire sont également préoccupantes au plan commercial, dans la mesure où elles peuvent être à l’origine d’altérations de la couleur (couleur brune des viande). En outre, une suroxygénation provoque également une limitation de la maturation et de ses effets bénéfiques sur la tendreté, par la création de conglomérats protéiques.
Afin de répondre à une demande sociétale orientée sur une production alimentaire plus naturelle et répondant aux enjeux du développement durable (Vermeiren et al., 1999), des alternatives aux capteurs d’oxygènes, aux emballages sous atmosphère modifiée (emballages non « actifs »), aux composés actifs synthétiques habituellement utilisés tels que l’hydroxyanisole butyle (BHA), l’hydroxytoluene butyle (BHT), le terbutilhydroquinone (TBHQ) et le propyl galate (PG) ont été développées ces dernières années.
Les antioxydants naturels végétaux les plus courants sont la vitamine E, les huiles essentielles et extraits de plantes telles que le romarin, l'origan et thé, ou encore la sauge et les piments. Afin de bénéficier de l’effet synergique observé entre certains antioxydants, la tendance actuelle consiste à associer ces composés naturels à des bio-polymères (Fang et al., 2017). Par exemple, McBride et al. (2007) ont montré que l’ajout d’extraits de romarin dans des conditionnements sous atmosphère modifiée réduisait au minimum de moitié l’oxydation lipidique, voire davantage dans le cas d’une association avec la vitamine E. De même, Wu et al. (2010) ont mis en évidence sur la viande l’efficacité antioxydante (dose minimale de 500 ppm) mais aussi antimicrobienne (1000 ppm) de l’association entre la catéchine du thé vert et un film d’amidon biodégradable en alcool polyvinylique (PVA). Toutefois, certains auteurs relèvent une possible altération de l’odeur et de la flaveur de la viande dans les cas d’utilisation de ces extraits naturels de plante, toute altération étant rédhibitoire pour la commercialisation du produit. Cette problématique, souvent mise en évidence malgré les faibles doses administrées (Fang et al., 2017), constitue un enjeu important pour les concepteurs d’emballages de viande fraiche. Elle est en revanche peu marquée dans le cas des produits élaborés à base de viande, tels que les brochettes, viandes hachées assaisonnées et autres produits saumurés. En effet, l’origan, le romarin, les piments ou encore le thé peuvent être utilisés comme aromates et épices lors de la préparation de ces produits. Les propriétés antioxydantes et/ou antimicrobiennes de ces extraits de plantes pourraient alors allonger la durée de conservation des produits élaborés, tout en contribuant à l’élaboration de saveurs originales de plus en plus populaires. Cependant, la plupart des huiles essentielles possède une forte odeur ce qui constitue un obstacle conséquent à leur utilisation dans les conditionnements de viandes fraîches. Il est donc très important de déterminer la concentration d'huile essentielle à utiliser sans modifier les caractéristiques organoleptiques de la viande (Shen et Kamdem, 2015).

II.4. Les nouveaux gaz d’emballages actifs permettant de conserver la couleur de la viande bovine : exemple de l’atmosphère modifiée avec le CO

La couleur de la viande constitue un critère d’achat important pour le consommateur. La couleur rouge est conférée à la viande bovine par la myoglobine qui pigmente la viande. En France, le consommateur recherche majoritairement une couleur rouge vif, qui résulte de l’oxygénation de la myoglobine. Toutefois, avec le temps, le rouge vif laisse la place à une couleur plus brune, provoquée par l’oxydation de la myoglobine en metmyoglobine (Figure 3).

Figure 3 : Les trois formes chimiques de la myoglobine
Adapté de Simpson et al., (2012)

Depuis plusieurs années, plus des trois quarts des achats de viande bovine est réalisée en GMS, où la viande fraîche est généralement exposée en barquette couverte d’un film transparent, éclairée par des tubes fluorescents. L’enjeu pour les professionnels de la viande est alors de garantir la couleur rouge vif attendue par le consommateur, tout en assurant la sécurité sanitaire des produits ainsi que leurs qualités organoleptiques à la dégustation (tendreté, goût, jutosité). Il s’agit alors de trouver des alternatives aux emballages contenant du dioxygène, garantissant la couleur rouge vif de la viande bovine tout en limitant le développement des microorganismes aérobies.
Dans cette optique, l’utilisation de monoxyde de carbone (CO) semble intéressante. En effet, l’affinité du fer de la myoglobine pour le CO est 40 fois supérieure que pour l’O2. En présence de monoxyde d’azote, il se forme de de la carboxymyoglobine. Ce procédé permet de conserver la couleur rouge vif voire rouge cerise de la viande tout en limitant l’oxydation et le développement microbien (Luño et al., 2000), mais ce dernier point fait débat.
L’utilisation commerciale du monoxyde de carbone dans le monde est cependant très limitée car l’inhalation de ce gaz est toxique pour l’Homme. Même si les quantités utilisées sont minimes et le risque négligeable, son utilisation dans des emballages sous atmosphère modifiée reste limitée. L’emploi du CO pour les viandes n’est pas autorisé par l’Union européenne. Bien que le CO soit toxique, ce n’est pas la raison principale expliquant l’interdiction de ce gaz en agroalimentaire en Europe. La consommation de viande conditionnée sous atmosphère modifiée contenant du monoxyde de carbone contribue très faiblement à l’exposition de l’organisme à ce gaz. Le risque majeur expliquant l’interdiction de cette pratique en Europe est dû au fait que la couleur de la viande fraîche soit maintenue sur une longue période, pouvant alors masquer une altération microbienne du produit (Legrand et al., 2010a ; Legrand et al., 2010b).