Whey protein isolate edible films incorporated with essential oils: Antimicrobial activity and barrier properties

Abstract

Improvement of innovative biopolymers obtained from agricultural sources or food-waste products is one of the leading technologies to preserve quality, freshness and safety of food materials. The use of biopolymers in the packaging applications and their film forming ability reveal the idea of edible films which are also environment friendly. Starch, cellulose derivatives, chitosan/chitin, gums, and animal or plant-based proteins can be accepted as an option to obtain edible films for extending the shelf life of the foods. Film forming proteins provide mechanical stability and can be obtained from animals (casein, whey, gelatin, egg albumin) or plant sources (corn, wheat, rice). Flexibility of the protein network can be enhanced with plasticizers, additionally water permeability can be altered by the addition of oils or beeswax which are hydrophobic materials. Essential oils, in the concentration range of 0.05-0.1%, have demonstrated activity against pathogens. Whey protein isolate of 96% protein ratio (at 8% (w/v)), glycerol, lemon and bergamot essential oils were used for film preparation. Optimum concentrations of constituents of edible film were determined with response surface methodology as 39.2% for glycerol and 4.5% for essential oil. Essential oil concentration is higher than the value which was determined after MIC determination so this amount is effective against S. aureus and E. coli.

TSC Opinion

À une époque où la population de la planète affiche une croissance exponentielle, où les ressources alimentaires sont questionnées, où les organisations internationales, comme la FAO, tirent la sonnette d’alarme sur un futur proche qui verra des pénuries en source de protéines, il apparaît un peu surréaliste d’imaginer fabriquer des matériaux plastiques à base de protéines de lait, même si le petit-lait en question constitue un déchet peu valorisé. Cette étude nous place dans le domaine toujours actif des emballages « intelligents ». En effet, les auteurs souhaitent apporter à leur matériau des propriétés bactéricides afin d’améliorer la conservation des aliments dans lequel ils seront emballés. Plutôt que d’utiliser des molécules biocides synthétiques, ils envisagent de faire appel aux huiles essentielles qui sont autorisées pour l’alimentation humaine, car certaines présentent des propriétés bactéricides avérées. Si techniquement le produit fonctionne, l’enjeu global de tels matériaux et totalement inexploré. À côté de l’utilisation inconsidérée de source protéique, celle des huiles pause un problème au niveau énergie. En effet, pour produire une huile essentielle il faut réaliser une distillation par entraînement à la vapeur d’une grande quantité de végétaux qui ne permet de récupérer qu’une infime partie de la matière première initiale au prix d’une consommation énergétique très élevée. Si une analyse de cycle de vie était réalisée sur ce processus, il est fort probable que les résultats seraient pour le moins négatifs. Toutefois, si une application globale de ce type de matériau n’est pas envisageable, cette idée pourrait être utilisée dans un contexte très particulier, pour une quantité limitée d’emballage avec une application très spécifique. Il s’agit donc d’une technologie supplémentaire sur l’étagère qui ne résoudra pas le problème actuel de la pollution plastique. À noter que dans un contexte de consommation locale sur des produits de saison, la nécessité d’emballage avec un conservateur se pose beaucoup moins, mais ceci est un autre débat beaucoup moins scientifique.