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Article

1 - CONTAMINATION SOUS CONTRÔLE THERMODYNAMIQUE : EFFET DU COEFFICIENT DE PARTAGE

2 - CINÉTIQUE DE CONTAMINATION CONTRÔLÉE PAR LA DIFFUSION MOLÉCULAIRE

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AF6931 v1

Contamination sous contrôle thermodynamique : effet du coefficient de partage
Contact alimentaire : évaluation de conformité. Partie 2

Auteur(s) : Olivier VITRAC, Catherine JOLY

Date de publication : 10 janv. 2009

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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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ABSTRACT

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 :

( 1 )

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af6931


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1. Contamination sous contrôle thermodynamique : effet du coefficient de partage

1.1 Définitions

HAUT DE PAGE

1.1.1 Description microscopique de l'équilibre thermodynamique

En notant l'emballage, P, et l'aliment, F, l'équilibre thermodynamique correspond à une situation, où l'énergie libre cumulée de P et de F, notée G P+F  , est minimale et caractérise l'état vers lequel évolue spontanément le système emballage-aliment quand P et F sont placés en contact. Il correspond à l'équilibre thermique, mécanique et chimique entre les deux compartiments. À pression et température uniformes entre P et F, l'état d'équilibre est atteint en échangeant de la matière entre les deux compartiments : désorption des substances de l'emballage dans l'aliment et sorption des substances de l'aliment dans l'emballage. L'énergie libre totale du système P + F supposé isolé s'écrit comme la somme des énergies libres associées au mélange i + P et au mélange i + F, où i représente une ou plusieurs substances de l'emballage :

( 2 )

avec :

{nk  }kP,F
 : 
nombre de molécules de P et F auxquelles est associé le potentiel chimique {μk  }kP,F  ,
{ni,k  }kP,F
 : 
nombre de molécules de la substance i (initialement dans P) dans le compartiment k.

Nous nous intéresserons ici préférentiellement à la désorption de la substance i de P vers F, qui est responsable de la contamination des aliments. Le déplacement de l'équilibre du fait de la sorption possible des substances de F dans P est négligé ({nk  }kP,F est constant). La condition d'équilibre correspond à :

...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AZ (R.), DEWALD (B.), SCHNAITTMANN (D.) -   Pigment decomposition in polymers in applications at elevated temperatures.  -  Dyes Pigments, 15, p. 1-14 (1991).

  • (2) - BANNER (A.L.), PIRINGER (O.G.) -   Prediction of solute partition coefficients between polyolefins and alcohols using the regular solution theory and group contribution methods.  -  Industrial and Engineering Chemistry Research, 30, p. 1506-1515 (1991).

  • (3) - BARENS (A.R.) -   Vinyl chloride monomer in PVC : from problem to probe.  -  Pure & Applied Chemistry, 53, p. 365-375 (1981).

  • (4) - BARTON (A.F.M.) -   Solubility parameters.  -  Chemical Review, 75, p. 731-753 (1975).

  • (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...

1 Réglementation

Guide pratique

http://ec.europa.eu/food/food/chemicalsafety/foodcontact/practical_guide_en.pdf

HAUT DE PAGE

2 Organismes

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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