Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La conception des matériaux d’emballage alimentaires sûrs, ainsi que la démonstration de leur conformité, peut être étudiée avec l’aide de la modélisation de la migration, et l’utilisation de prototypes de modèle physique. Cet article présente plus particulièrement les mécanismes moléculaires et les principales propriétés physico-chimiques qui contrôlent la migration des substances des matériaux thermoplastiques dans les aliments. Sont ainsi définis les coefficients de partage K, les coefficients de diffusion D et leurs paramètres d'activation. Les acteurs de la filière emballage et agroalimentaire trouveront les éléments permettant le développement de modèles prédictifs ou de règles robustes d’extrapolation, et ainsi la conduite d’analyse des points critiques.
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The design of reliable food packaging materials as well as the proof of their conformity, can be studied with the modeling of migration and the usage of physical model prototypes. This article particularly focuses on the molecular mechanisms and the main physico-chemical properties which control the migration of the substances from thermoplastic materials into food. The partition coefficients K, the diffusion coefficient D and their activation parameters. Players in the packaging and agrifood sectors will find the elements allowing for the development of predictive models or robust extrapolation rules in this article, and thus those for carrying out the analysis of critical points.
Auteur(s)
-
Olivier VITRAC : Chargé de recherche à l'INRA (Institut national de recherche agronomique)
-
Catherine JOLY : Maître de conférences à l'École supérieure d'ingénieurs en emballage et conditionnement
INTRODUCTION
La modélisation de la migration est une approche rapide qui a été récemment introduite pour la démonstration de la conformité des matériaux au contact des aliments, la veille sanitaire ou encore la conception de matériaux d'emballage alimentaires sûrs. Dans le dossier précédent [AF 6 930] « Contact alimentaire : évaluation de conformité. Partie 1 », on a étudié la hiérarchisation des risques de contamination associée aux différents éléments de l'emballage, au type de matériau et aux conditions d'utilisation (type de contact, température...). Le prototype de modèle physique pour un matériau monocouche en contact avec un aliment semi-solide ou un simulant de l'aliment y est décrit. Des modèles plus sophistiqués pour les matériaux multicouches ou prenant en compte les effets d'incertitude sont proposés dans le dossier « Modélisation du risque de contamination d'un aliment emballé » [AF 1 446].
Le présent dossier présente plus particulièrement les mécanismes moléculaires et les principales propriétés physico-chimiques qui contrôlent la migration des substances des matériaux thermoplastiques dans les aliments : les coefficients de partage K, les coefficients de diffusion D et leurs paramètres d'activation avec la température. Les effets des caractéristiques moléculaires (taille, polarité, encombrement, symétrie...) des contaminants sur les propriétés moléculaires sont présentés et discutés dans une perspective de développement de modèles prédictifs ou de règles robustes d'extrapolation des propriétés à partir de données existantes. Parce que les connaissances des mécanismes moléculaires sont en cours d'acquisition notamment à partir de simulations de dynamiques moléculaires, les modèles présentés font l'objet régulièrement de raffinements ou d'extensions. Dans cette logique, le lecteur souhaitant étendre les modèles à des cas non étudiés (type de substance, de polymère...) est prié de prendre en compte une marge d'incertitude appropriée, en s'appuyant notamment sur la diversité des comportements et les règles d'extrapolation « sûres » présentées dans ce dossier.
Il s'agit du modèle générique de désorption d'une substance (contaminant) de la couche du matériau directement en contact avec l'aliment :
avec :
- C :
- concentration locale du contaminant dans la couche de matériau en contact,
- j :
- densité du flux du contaminant,
- CF :
- concentration du contaminant dans l'aliment (indice F),
- h :
- coefficient de transfert de masse du contaminant,
- D :
- coefficient de diffusion du contaminant,
- K :
- coefficient de partage du contaminant,
- VF :
- volume de l'aliment,
- A :
- surface du matériau en contact avec l'aliment,
- I :
- indice de l'interface matériau-aliment.
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Conclusion
En anglais
2. Cinétique de contamination contrôlée par la diffusion moléculaire
La contamination des aliments est contrôlée par la dispersion des additifs ou des résidus au sein de la matrice polymère. Dans le cas de phases fluides qui auraient la dimension caractéristique de l'emballage (quelques centaines de micromètres), ces mécanismes auraient des constantes de temps ne dépassant pas quelques secondes à quelques minutes à température ambiante. Dans les phases condensées et cohésives telles que les polymères, les mêmes phénomènes peuvent se produire jusqu'à l'échelle de plusieurs années. Les additifs sont généralement présents dans le polymère à l'état de traces ou à des concentrations n'excédant pas 1 % en masse, généralement de l'ordre de 0,01 à 0,1 %, exception faite des plastifiants (de 1 à 30 %). Les interactions entre contaminations sont par conséquent peu probables au regard des interactions additif-polymère. De la même manière, les concentrations sont généralement trop faibles pour que la perte de « petites » molécules par le polymère modifie les propriétés du polymère lui-même. La seule exception est la perte excessive de plastifiants.
Par ailleurs, la distribution initiale des additifs dans un matériau monocouche est généralement considérée uniforme sauf dans le cas d'agents de surface. Un gradient de concentration s'établit quand le matériau perd de la matière par au moins une de ses faces, généralement par la face en contact avec l'aliment.
2.1 Définitions
Le mécanisme de dispersion moléculaire du fait de la seule agitation thermique des molécules est appelé diffusion moléculaire. Ce mécanisme concerne aussi bien le transport d'une espèce diluée au milieu de molécules différentes, également appelé diffusion de traceurs, que le transport d'une espèce donnée au milieu de ses semblables, également appelée autodiffusion. En apparence, les deux situations peuvent apparaître différentes parce qu'un gradient de concentration macroscopique n'existe que dans le premier cas. Le paradoxe est levé en remarquant que, dans les deux situations, le gradient de concentration macroscopique, ∂c/∂x, n'est pas le « vrai » moteur du transport. La première loi de Fick postule en effet que la densité de flux de matière, J (x ), calculée par exemple par rapport à...
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Cinétique de contamination contrôlée par la diffusion moléculaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AZ (R.), DEWALD (B.), SCHNAITTMANN (D.) - Pigment decomposition in polymers in applications at elevated temperatures. - Dyes Pigments, 15, p. 1-14 (1991).
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(3) - BARENS (A.R.) - Vinyl chloride monomer in PVC : from problem to probe. - Pure & Applied Chemistry, 53, p. 365-375 (1981).
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(5) - BAWENDI (M.G.), FREED (K.F.) - Systematic correction to Flory-Huggins theory : Polymer-solvent-void systems and binary blend-void systems. - Journal of Chemical Physics, 88(4), p. 2741-2756 (1988).
-
(6) - BAWENDI...
Guide pratique
http://ec.europa.eu/food/food/chemicalsafety/foodcontact/practical_guide_en.pdf
HAUT DE PAGE
Autorités réglementaires et de contrôle
Commission Européenne
Règlementation https://european-union.europa.eu/priorities-and-actions/actions-topic/food-safety_fr
Community Reference Laboratory http://crl-fcm.jrc.it/
EuroLex http://eur-lex.europa.eu
Conseil de l'Europe
Cohésion sociale http://www.coe.int/t/e/social_cohesion/soc-sp/public_health/Food_contact/
Organisation Mondiale de la Santé
Codex Alimentarius http://www.who.int/foodsafety/codex/en/
Risques...
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