Fibres comestibles et biodégradables à base de protéines de lait et de cellulose
Les emballages alimentaires durables, les pansements, les cosmétiques, la filtration, etc. sont autant de domaines dans lesquels les travaux sont prometteurs
Les protéines de lait et la cellulose dérivées des plantes pourraient être la prochaine grande nouveauté en matière de durabilité, grâce à une avancée unique en son genre réalisée par des chercheurs de l'État de Pennsylvanie. L'équipe a combiné la caséine, une protéine du lait, avec l'hydroxypropylméthylcellulose, un composé également connu sous le nom d'hypromellose et dérivé de matières végétales, pour créer des nanofibres 1 000 fois plus fines qu'un cheveu humain. Ils ont ensuite manipulé ces fibres pour en faire des tapis prometteurs pour une variété de produits, tels que des emballages alimentaires biodégradables et même comestibles.
"Dans une étude de validation du concept, nous avons démontré la réussite de la fabrication de tapis électrofilés autonomes riches en caséine", a déclaré Federico Harte, co-directeur de l'équipe et professeur de sciences alimentaires au Collège des sciences agricoles. "Les nanofibres électrofilées à base de protéines sont très recherchées pour leur utilisation potentielle dans l'ingénierie tissulaire, les applications biomédicales telles que les pansements, et les rôles émergents dans les emballages comestibles, offrant des solutions durables de conservation et de sécurité des aliments."
Dans l'étude, disponible en ligne dès maintenant et dont la publication est prévue dans le numéro de septembre du Journal of Colloid and Interface Science, les chercheurs ont indiqué que la combinaison de caséine enrichie avec de l'hypromellose était électrospinable jusqu'à un rapport cellulose/caséine de un à quatre. Cependant, les fibres présentant le moins de perles, qui sont des sections épaisses et irrégulières, et la plus grande surface - ce qui les rend plus souhaitables pour l'inclusion dans des tapis - ont été filées à partir d'une solution présentant un rapport cellulose/caséine de 1:12.
Et, découverte inédite, à 100 % d'humidité relative, les tapis de fibres ont réagi chimiquement à l'humidité avec facilité, se transformant en films transparents susceptibles d'être utilisés pour l'emballage d'aliments, suggèrent les chercheurs.
"La caséine est utilisée depuis longtemps comme matériau pour des applications alimentaires et non alimentaires", a déclaré Gregory Ziegler, co-directeur de l'équipe et professeur distingué de sciences alimentaires, expliquant que la protéine peut améliorer la texture et les valeurs nutritionnelles des aliments et être utilisée dans la production de colles, de peintures, de revêtements de papier, de cosmétiques et de produits pharmaceutiques. "Cette recherche renforce son utilité en lui donnant une nouvelle forme : les nanofibres.
Cette étude est la dernière d'une série de recherches publiées sur l'électrofilage de la caséine, a indiqué M. Harte. Auparavant, ce groupe de recherche avait évalué l'électrofilage de la caséine seule et de la caséine combinée à la carraghénane, un additif alimentaire dérivé de l'algue rouge et principalement utilisé comme épaississant, stabilisateur et émulsifiant dans divers produits alimentaires. Cependant, les tapis produits dans ces études contenaient des nanofibres faibles et cassantes.
Dans cette étude, les chercheurs ont testé l'idée de compléter la caséine avec de l'hypromellose, dont ils pensaient qu'elle pourrait conférer force et souplesse à la protéine. Ils ont vu juste.
"L'idée était de créer des tapis à base de caséine, ce qui n'avait jamais été fait auparavant", explique M. Harte. "Nos premières tentatives avec la caséine seule ont clairement montré que nous devions améliorer les propriétés mécaniques des tapis, et nous avons finalement décidé d'ajouter de l'hypromellose parce que nous pensions qu'une interaction entre la caséine et la cellulose permettrait d'optimiser les propriétés mécaniques de ces tapis".
M. Harte a ajouté que les recherches futures exploreront de nouvelles applications pour les nanofibres de caséine comestibles, telles que l'emballage alimentaire et la filtration.
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